KR20180043611A

KR20180043611A - 연료전지용 가습기

Info

Publication number: KR20180043611A
Application number: KR1020160136535A
Authority: KR
Inventors: 오새한; 김현유; 박정희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-04-30
Also published as: KR102496633B1

Abstract

본 발명은 연료전지용 가습기에 관한 것으로서, 특히 일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 튜브와; 상기 튜브 내부에 위치하는 상기 포팅부 하부에 구비되어 상기 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재로 구성되어, 가습기의 포팅부 하부에 응축수를 흡수하는 흡수부재가 구비되게 하여 연료전지 작동 시 가습기 내부에 응축수가 고이지 않으며, 스택에서 순간적인 요구량이 있더라도 플러딩 현상 없이 운전할 수 있게 한다. 또한, 가습기 내부에 응축수가 발생되더라도 흡수부재를 통해 응축수를 흡수하여 가습기 내부에서 사용 가능한 막의 개수가 더 많아지므로 가습기 성능을 향상시킬 수 있게 되며, 이로 인해 막의 개수를 줄일 수 있게 하고 막 개수를 저감시키게 되면 가습기 크기를 줄여 레이아웃 구성에 용이하게 하여 상품성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

연료전지용 가습기{Humidifier for fuel cell}

본 발명은 연료전지용 가습기에 관한 것으로서, 특히 연료전지용 가습기의 응축수 고임 현상을 방지하기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 연료전지는 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 이를 연료전지스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 발생시키는 장치이다.

종래에는 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지의 연료극으로 공급되고, 공기블로워와 같은 공기 공급장치를 이용하여 대기 중의 공기가 직접 연료 전지의 공기극으로 공급되면, 수소가 연료극의 촉매에서 수소이온과 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.

여기서, 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.

즉, 연료전지의 성능향상을 위해서는 연료전지스택 내로 유입되는 공기의 가습이 필수적으로 요구된다.

한편, 연료전지가 동작을 시작하게 되면 가습기와 연료전지스택을 연결하는 가습기의 튜브아웃 측에 일정량의 물이 고이게 되는데 이는 튜브인 측에서 넘어온 액체상태의 물과 튜브아웃 측으로 나가는 물이 응축되어 떨어지는 양의 합이다.

이러한, 종래의 연료전지 가습기는 내부에 고인 응축수가 스택의 순간적인 요구조건이 필요할 때, 예를 들어 가속페달을 밟는 경우 튜브 내부에 고여 있던 응축수가 압력에 의해 스택으로 빨려 들어가게 되는데, 이처럼 스택으로 들어간 응축수는 배출이 되지 않기 때문에 스택의 엔드셀 빠짐 현상이 일어나게 되고, 이로 인해 셀 성능저하 현상을 발생시켜 차량의 연비가 저하되는 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 등록특허 제10-1655619호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것으로서, 특히 연료전지용 가습기의 응축수 고임 현상을 방지하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 튜브와; 상기 튜브 내부에 위치하는 상기 포팅부 하부에 구비되어 상기 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함함으로써 달성된다.

상기 흡수부재를 커버하며, 상기 튜브 내주면 하부에 구비되어 상기 흡수부재를 고정시키는 케이스를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 흡수부재는 상기 튜브에서 상기 연료전지스택에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 흡수부재는 물 흡수성과 공기 저항성이 높은 스펀지 재질로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 포팅부는 폴리우레탄 소재로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 튜브와; 상기 튜브 내주면 하부에 구비되어 상기 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함함으로써 달성된다.

상기 흡수부재를 커버하며, 상기 포팅부 하부에 구비되어 상기 흡수부재를 고정시키는 케이스를 더 포함하고, 상기 흡수부재는 상기 튜브에서 상기 연료전지스택에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 일단이 연료전지스택에 연결되는 튜브가 구비되고, 상기 튜브 양단에는 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되며, 상기 튜브 내부에는 흡수부재가 일체로 형성되어 상기 튜브 내부에 고인 응축수를 흡수함으로써 달성된다.

또한, 본 발명은 일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 각형 튜브와; 상기 각형 튜브 내부 양측 하단에 구비되어 상기 각형 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 가습기의 포팅부 하부에 응축수를 흡수하는 흡수부재가 구비되게 하여 연료전지 작동 시 가습기 내부에 응축수가 고이지 않으며, 스택에서 순간적인 요구량이 있더라도 플러딩 현상 없이 운전할 수 있게 한다.

또한, 가습기 내부에 응축수가 발생되더라도 흡수부재를 통해 응축수를 흡수하여 가습기 내부에서 사용 가능한 막의 개수가 더 많아지므로 가습기 성능을 향상시킬 수 있게 되며, 이로 인해 막의 개수를 줄일 수 있게 하고 막 개수를 저감시키게 되면 가습기 크기를 줄여 레이아웃 구성에 용이하게 하여 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 연료전지용 가습기의 제1실시예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 연료전지용 가습기의 튜브에 구비된 포팅부와 흡수부재를 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 연료전지용 가습기의 내부 경사도를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 연료전지용 가습기와 블로워와 연료전지스택의 연결 관계를 도시하는 구조도,
도 5는 본 발명의 연료전지용 가습기의 제2실시예를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 연료전지용 가습기의 제3실시예를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 연료전지용 가습기의 제4실시예를 도시하는 도면.

본 발명의 제1실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 연료전지용 가습기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지스택(10)에 연결되는 튜브(110)와, 튜브(110) 내부에 구비되는 흡수부재(120)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 튜브(110)는 본 발명인 연료전지용 가습기(100)의 몸체로서, 도 4에 도시된 바와 같이 일단은 연료전지스택(10)에 연결되고, 타단은 블로워(20)에 연결되도록 한다.

이때, 튜브(110)의 타단은 튜브인 측으로서 블로워(20)에 연결되어 건조한 공기가 유입되게 하고, 일단은 튜브아웃 측으로서 연료전지스택(10)에 연결되어 가습된 공기를 연료전지스택(10)으로 유입되게 한다.

또한, 튜브(110)에는 연료전지스택(10)에서 배출되는 가습공기가 유입되도록 쉘인부(112)가 형성되고, 유입된 건조공기를 배출시킬 수 있도록 쉘아웃부(113)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(110) 양단에는 멤브레인막(미도시)을 고정시키는 포팅부(111)가 형성된다. 이때 멤브레인막은 가습기(100) 내부에 복수 개 형성되어 건조공기를 가습시키는 것이 가능하게 한다.

이때, 포팅부(111)는 폴리우레탄 소재로 형성되도록 하여 멤브레인막을 고정하는 동시에 튜브(110) 양단의 기밀을 유지할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

흡수부재(120)는 튜브(110) 내부에 위치하는 포팅부(111) 하부에 구비되어 튜브(110)에 고인 응축수를 흡수하여 튜브(110) 내부에서 응축수 고임 현상을 방지한다.

이때, 흡수부재(120)는 물 흡수성과 공기 저항성이 높은 다공성 수지인 스펀지 재질로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 흡수부재(120) 외측에는 케이스(130)가 구비되도록 하여 흡수부재(120)를 커버하도록 하고, 흡수부재(120)를 포함하는 케이스(130)는 튜브(110) 내주면 하부에 구비되도록 하여 흡수부재(120)를 고정시킬 수 있게 한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 흡수부재(120)는 튜브(110)에서 연료전지스택(10)에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 경사면을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 튜브(110) 내부에 생성된 응축수가 연료전지 작동에 의해 연료전지스택(10)으로 유입될 때, 스택(10) 성능저하 현상이 일어나므로 연비개선을 위해 튜브(110)의 하단 측면에 포팅부(111)와 케이스(130)를 장착하고, 케이스(130) 내부에 물 흡수성과 공기저항이 우수한 다공성 수지인 스펀지 재질의 흡수부재(120)가 배치되게 하여 튜브(110)의 응축수를 흡수하게 된다.

이때, 흡수된 응축수가 스펀지 구조의 흡수부재(120)를 통해 튜브인 측으로 전달이 되고, 튜브인 측의 건조한 공기가 흡수부재(120) 내 확산을 통해 전달된 물을 증발시켜 막 내부로 재순환 시켜주게 되며, 이러한 과정을 거쳐 튜브(110)에 응축되는 응축수를 최소화시키거나 소멸시킬 수 있다.

이러한, 과정을 통해 본 발명인 연료전지용 가습기는 연료전지 작동 시 가습기(100) 내부에 응축수가 고이지 않으며, 만약에 응축수가 발생되더라도 흡수부재(120)를 통해 응축수를 흡수하게 됨으로써 가습기 성능을 향상시킬 수 있게 되고, 성능 향상으로 인해 막의 개수를 저감시켜 가습기(100) 크기를 최소화하여 레이아웃 구성을 용이하게 할 수도 있게 된다.

또한, 본 발명의 제2실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 일단이 연료전지스택(10)에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부(111)가 구비되는 튜브(110)가 구비되며, 튜브(110) 내주면 하부에 흡수부재(120)가 구비되게 하여 튜브(110)에 고인 응축수를 흡수할 수도 있게 한다.

또한, 본 발명의 제3실시예는 도 6에 도시된 바와 같이, 일단이 연료전지스택(10)에 연결되는 튜브(110)가 구비되고, 튜브(110) 양단에는 멤브레인막을 고정시키는 포팅부(미도시)가 구비되며, 튜브(110) 내부에는 흡수부재(120)가 일체로 형성되게 하여 튜브(110) 내부에 고인 응축수를 흡수할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 제4실시예는 도 7에 도시된 바와 같이, 일단이 연료전지스택(10)에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부(111)가 구비되는 각형 튜브(110)가 구비되며, 각형 튜브(110) 내부 양측 하단에 흡수부재(120)가 구비되게 하여 각형 튜브(110)에 고인 응축수를 흡수할 수도 있게 한다.

이처럼, 본 발명은 일단이 연료전지스택(10)에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부(111)가 구비되는 튜브(110)와, 튜브(110) 내부에 위치하는 포팅부(111) 하부에 구비되어 튜브(110)에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재(120)를 포함하여 가습기(100) 내부에 응축수가 고이지 않게 하고, 가습기(100) 내부에 응축수가 발생되더라도 흡수부재(120)를 통해 응축수를 흡수하여 가습기(100) 내부에서 사용 가능한 막의 개수가 더 많아지므로 가습기(100) 성능을 향상시켜 상품성을 증대시킨다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 연료전지스택 20 : 블로워
100 : 가습기 110 : 튜브
111 : 포팅부 120 : 흡수부재
130 : 케이스

Claims

일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 튜브와;
상기 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수부재를 커버하며, 상기 튜브 내주면 하부에 구비되어 상기 흡수부재를 고정시키는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수부재는 상기 튜브에서 상기 연료전지스택에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수부재는 물 흡수성과 공기 저항성이 높은 스펀지 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 1에 있어서,
상기 포팅부는 폴리우레탄 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 1에 있어서,
상기 흡수부재는 상기 튜브 내부에 위치하는 상기 포팅부 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 튜브와;
상기 튜브 내주면 하부에 구비되어 상기 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 7에 있어서,
상기 흡수부재를 커버하며, 상기 포팅부 하부에 구비되어 상기 흡수부재를 고정시키는 케이스를 더 포함하고, 상기 흡수부재는 상기 튜브에서 상기 연료전지스택에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
일단이 연료전지스택에 연결되는 튜브가 구비되고, 상기 튜브 양단에는 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되며, 상기 튜브 내부에는 흡수부재가 일체로 형성되어 상기 튜브 내부에 고인 응축수를 흡수하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
일단이 연료전지스택에 연결되며, 양단에 멤브레인막을 고정시키는 포팅부가 구비되는 각형 튜브와;
상기 각형 튜브 내부 양측 하단에 구비되어 상기 각형 튜브에 고인 응축수를 흡수하는 흡수부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
청구항 10에 있어서,
상기 흡수부재를 커버하며, 상기 포팅부 하부에 구비되어 상기 흡수부재를 고정시키는 케이스를 더 포함하고, 상기 흡수부재는 상기 튜브에서 상기 연료전지스택에 연결되는 일단 측이 타단 측 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.