KR20180069620A - Apparatus for capturing moisture of humidifier for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
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. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell, and more particularly to a moisture collecting apparatus for a humidifier for supplying humidified air with moisture removed to an air electrode to ensure operational stability of the fuel cell.
고분자 전해질 연료전지의 경우 연료전지의 작동을 위해서는 반드시 수분이 필요하며 이를 위해 공급되는 공기를 가습시키는 가습기가 사용되고 있다. In the case of a polymer electrolyte fuel cell, moisture is necessary for operation of the fuel cell, and a humidifier for humidifying the supplied air is used.
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.Such a humidifier may be a Bubbler Type Humidifier, a Contact Type Humidifier, a Spray Type Humidifier, or a Membrane Humidifier depending on the humidification method. Generally, in the case of a fuel cell vehicle, a membrane humidifier having a relatively small volume is applied because there is a limitation in the package surface. In addition, the membrane humidifier has the advantage of not requiring special power as well as the package side.
도 1은 종래 연료전지 시스템의 공기 공급 및 가습을 위한 구성을 설명하는 개략도이고, 도 2는 종래 가습기에서 응축된 물이 고이는 현상을 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a configuration for air supply and humidification of a conventional fuel cell system, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a phenomenon of condensation of condensed water in a conventional humidifier.
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. The
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.When the air humidified by the humidifier is supplied to the stack, condensation of water vapor occurs due to a difference in temperature from the outside air, and is discharged together with air in a high output section, but condensed water (W) can be discharged in a low output section as shown in FIG. When the condensed water W is temporarily supplied to the stack, there is a problem that the operation of some cells becomes unstable due to clogging of the flow path in the stack.
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. Such a conventional water separator for removing moisture in the air is excellent when the flow rate is small, but there is a problem that a large pressure drop occurs to cause loss of air flow. In addition, when the flow rate is increased, the size of the water separator must be very large, which is not suitable for removing water from the fuel cell of a vehicle.
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.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a moisture collecting apparatus for a humidifier for supplying humidified air with moisture removed to an air electrode to ensure operational stability of the fuel cell.
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. In order to achieve the above object, a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell according to the present invention is installed on a humidifying air outlet line provided between an air humidifying air outlet of a humidifier and an air pole inlet of a fuel cell stack, And a pipe main body formed with a main flow path through which the humidifying air flowing from the air outlet to the air electrode inlet moves, and a piping member provided inside the piping main body, the direction in which the humidifying air flows along the main flow path, And a wheel member having a plurality of blades radially installed on an outer circumferential surface of the rotating shaft in a radial direction with respect to the rotating shaft and rotating together with the rotating shaft, The main flow path is rotated by the flow of humidifying air moving to the main flow path, and the blade is included in the humidifying air It can for collecting the water may have a distribution jipbu.
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. Preferably, the piping member further includes a water outlet formed at a lower side of the pipe main body so as to discharge the collected moisture, and the moisture collected in the water distributor is moved toward the pipe main body by a centrifugal force due to the rotation of the blade And can be discharged to the water outlet.
바람직하게, 상기 배관본체 내부에 고정되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 고정되는 고정부재를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a fixing member fixed to the inside of the pipe main body and having the rotation shaft rotatably fixed thereto.
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.Preferably, the fixing member includes: a strut fixed to an inner circumferential surface of the pipe main body and extending in a direction of a center of the pipe main body; and a plurality of bolts inserted in the center of the pipe main body, As shown in FIG.
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.Preferably, the blade includes a wing surface formed on a surface facing the humidifying air outlet, and the moisture trapping portion is provided at an end of the wing surface in a direction in which the humidifying air is blown, And a slit having a U-shaped cross-section in which an opening is formed in the coming direction and having a collecting space for collecting moisture.
바람직하게, 상기 슬릿은, 수분의 포집이 용이하도록, 상기 날개면에서 하측으로 단차지게 연장되는 슬릿 단차부를 더 포함할 수 있다.The slit may further include a slit stepped portion extending stepwise downward from the wing surface so as to easily collect moisture.
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.Preferably, the piping main body is provided with an outer circumferential surface formed on the inner circumferential surface on which the wheel member is located so as to facilitate collection of the water moved from the water distributor to the inner circumferential surface of the pipe body by the centrifugal force due to the rotation of the blade. And may further include a stepped portion.
바람직하게, 상기 배관본체는, 상기 수분배출구가 형성된 영역을 포함하면서, 상기 제1 단차부와 연통되도록 상기 배관본체의 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제2 단차부를 더 포함할 수 있다.The pipe main body may further include a second stepped portion formed on the inner circumferential surface of the pipe main body so as to be outwardly stepped to communicate with the first step portion, including an area where the water outlet is formed.
바람직하게, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록, 상기 회전축의 내주면과 상기 중심축의 외주면 사이에 구비되는 베어링을 더 포함할 수 있다.The bearing may further include a bearing provided between an inner circumferential surface of the rotating shaft and an outer circumferential surface of the center shaft so as to rotatably support the rotating shaft.
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 According to another aspect of the present invention, there is provided a moisture collecting apparatus for a humidifier for use in a fuel cell, the humidifier having a humidifying air outlet line provided between the humidifying air outlet of the humidifier and the air inlet of the fuel cell stack, And a plurality of blades radially installed on an outer circumferential surface of the rotary shaft and rotating together with the rotary shaft, wherein the blades are rotatably provided on the outer circumferential surface of the rotary shaft, And a water distributor for collecting moisture contained in the humidifying air
바람직하게, 상기 블레이드는, 상기 메인유로를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전할 수 있다.Preferably, the blade is rotatable by the flow of humidifying air moving along the main flow path.
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. Preferably, the moisture trapping portion is provided at an end of a blade surface of the blade with respect to the flow direction, and protrudes outward in the thickness direction on the blade surface, and an opening portion facing the direction opposite to the flow direction is formed And a slit having a U-shaped cross section and forming a trapping space in which moisture is trapped.
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.The slit may further include a slit stepped portion provided at the rear of the opening with respect to the flow direction and extending stepwise inward in the thickness direction on the wing surface to form a part of the trapping space .
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. As described above, since the plurality of blades are installed in the circumferential direction around the rotating shaft, the moisture collecting device for the humidifier for the fuel cell according to the embodiment of the present invention can reduce the contact time with moisture contained in the humidifying air It is possible to increase the water removal rate.
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력저하를 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다. Further, according to the present invention, since a separate power source for rotating the wheel member is not required, the pressure drop can be minimized and the system can be applied to a large flow rate system.
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. In addition, according to the present invention, since the moisture collecting device by the rotation of the wheel member removes moisture at the humidifier outlet side, it is possible to secure the operational stability of the fuel cell particularly when used in a polymer fuel cell stack for a vehicle.
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.1 is a schematic diagram illustrating a configuration for air supply and humidification of a conventional fuel cell system.
2 is a cross-sectional view showing a phenomenon in which condensed water is collected in a conventional humidifier.
FIG. 3 is a view schematically showing a state in which a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is installed in a fuel cell system.
4 is a perspective view showing a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a side view showing a side surface of a wheel member applied to an embodiment of the present invention.
6 is a side enlarged view showing part A of Fig.
7 is a cross-sectional view illustrating a cross section of a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a moisture collecting apparatus for a humidifier for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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.First, the embodiments described below are embodiments suitable for understanding the technical characteristics of the moisture collecting apparatus of the humidifier for a fuel cell according to the present invention. However, the technical features of the present invention are not limited by the embodiments to which the present invention is applied or explained in the following embodiments, and various modifications are possible within the technical scope of the present invention.
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. 3 to 5, the
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. The
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. Specifically, the
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. The moisture collecting
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. The
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. Specifically, the
한편, 휠부재(300)는, 회전축(310)과 휠부재(300)를 포함할 수 있다. The
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. Specifically, the
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. The
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. A plurality of
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. There is no limitation on the method of fixing the
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. Further, the
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. The
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재(300)를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력 저하가 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다. Further, according to the present invention, since a separate power source for rotating the
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. In addition, since the
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. 4 and 5, the piping
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.The water collected in the water distributor can be moved to the
한편, 고정부재(400)는, 스트럿(410)과, 중심축(430)을 포함할 수 있다. Meanwhile, the fixing
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. The
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. Specifically, the
그리고, 회전축(310)은, 내부에 중심축(430)이 끼워지도록 함으로써, 고정부재(400)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. The
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. More preferably, one embodiment of the present invention may further include a bearing 500. The bearing 500 may be provided between the inner circumferential surface of the
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. By this bearing 500, the rotatability of the
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. 5 and 6, a
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. In addition, the water collecting section may include a
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. The
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. More specifically, the
이에 따라, 수분포집부는, 이러한 슬릿 단차부(336)에 의해 포집공간(335)으로 유입되는 수분을 더욱 용이하게 포집할 수 있다. Accordingly, the moisture collecting section can more easily collect the moisture introduced into the trapping
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. 4, 5, and 7, the pipe
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. More preferably, the piping
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. Accordingly, the water moved to the
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. Hereinafter, a
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. The
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.The
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. The
바람직하게, 블레이드(330)는, 메인유로(211)를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전할 수 있다. Preferably, the
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. On the other hand, the water collecting part is provided at the end of the
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. The
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. 6 to 8, the
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. 5 and 6, the humidifying air containing moisture discharged from the humidifying
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). 7, the water moved to the
도 8을 참조하면, 제1 단차부(250)에 수용된 수분은, 제2 단차부(260)에 수용됨으로써, 수분배출구(230)로의 흐름이 더욱 용이해질 수 있다. Referring to FIG. 8, the moisture contained in the
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. As described above, since the plurality of blades are installed in the circumferential direction around the rotating shaft, the moisture collecting device for the humidifier for the fuel cell according to the embodiment of the present invention can reduce the contact time with moisture contained in the humidifying air It is possible to increase the water removal rate.
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력저하를 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다. Further, according to the present invention, since a separate power source for rotating the wheel member is not required, the pressure drop can be minimized and the system can be applied to a large flow rate system.
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. In addition, according to the present invention, since the moisture collecting device by the rotation of the wheel member removes moisture at the humidifier outlet side, it is possible to secure the operational stability of the fuel cell particularly when used in a polymer fuel cell stack for a vehicle.
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. While the invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention.
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: 베어링10: humidifier 20: stack
30: Humid air outlet line
100: Moisture collection device of humidifier for fuel cell
200: piping member 210: piping body
211: main flow channel 230: water outlet
250: first step 260: second step
300: Wheel member 310:
330: blade 331: wing face
333: Slit 334:
335: Collection space 336: Slit step
400: fixing member 410: strut
430: center shaft 500: bearing
Claims (13)
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 구비하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.And a humidifying air outlet line provided between the humidifying air outlet of the humidifier and the air electrode inlet of the fuel cell stack and having a main flow path through which the humidifying air flowing from the humidifying air outlet to the air inlet is moved, A tubular member including a tubular member; And
A rotary shaft provided inside the pipe main body and rotatably disposed in the axial direction of the flow direction of the humidifying air along the main flow path; And a wheel member having a plurality of blades rotating together with the rotating shaft,
The wheel member is rotated by the flow of humidifying air moving to the main flow path,
Wherein the blade includes a water distributor for collecting moisture contained in the humidifying air.
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.The method according to claim 1,
Wherein the pipe member further comprises a water outlet formed at a lower side of the pipe main body so as to discharge collected water,
And the water collected in the water distributor moves to the piping main body side by the centrifugal force due to the rotation of the blade and is discharged to the water discharge port.
상기 배관본체 내부에 고정되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 고정되는 고정부재를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.The method according to claim 1,
Further comprising: a fixing member fixed inside the pipe main body and having the rotating shaft rotatably fixed thereto.
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.The method of claim 3,
Wherein:
A strut fixed to an inner circumferential surface of the pipe main body and extending in the center direction of the pipe main body; And
And a central axis coupled to the strut and disposed in the center of the pipe body and inserted into the rotation shaft.
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 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.The method according to claim 1,
Wherein the blade includes a blade surface formed on a surface facing the humidifying air outlet,
The water collecting unit includes:
And a slit provided at an end of the wing surface in a blowing direction of the humidifying air and having a U-shaped cross section in which an opening is formed in a direction in which the humidifying air is blown, Water collecting device for humidifier for fuel cell.
수분의 포집이 용이하도록, 상기 날개면에서 하측으로 단차지게 연장되는 슬릿 단차부를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.6. The apparatus of claim 5,
Further comprising a slit stepped portion extending stepwise downward from the wing surface so as to facilitate collection of moisture.
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 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.7. The apparatus according to claim 6,
Further comprising a first stepped portion formed outwardly on an inner circumferential surface on which the wheel member is located so as to collect moisture that has moved from the water distributing portion to the inner circumferential surface of the pipe body by a centrifugal force resulting from rotation of the blade, Water collecting device for humidifier for battery.
상기 수분배출구가 형성된 영역을 포함하면서, 상기 제1 단차부와 연통되도록 상기 배관본체의 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제2 단차부를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.8. The piping system according to claim 7,
Further comprising a second stepped portion formed on the inner circumferential surface of the pipe main body so as to step outwardly so as to communicate with the first step portion, the second step portion including an area where the water discharge port is formed.
상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록, 상기 회전축의 내주면과 상기 중심축의 외주면 사이에 구비되는 베어링을 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.5. The method of claim 4,
Further comprising a bearing provided between an inner peripheral surface of the rotating shaft and an outer peripheral surface of the central shaft so as to rotatably support the rotating shaft.
상기 회전축의 외주면에 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 포함하고,
상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.A humidifying air outlet line provided between the humidifying air outlet of the humidifier and the air pole inlet of the fuel cell stack and capable of rotating in the axial direction of the flow direction in which the humidifying air flows, A rotation shaft provided to the shaft; And
A plurality of blades radially installed on an outer circumferential surface of the rotary shaft and rotating together with the rotary shaft,
Wherein the blade includes a water distributor for collecting moisture contained in the humidifying air.
상기 블레이드는, 상기 메인유로를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the blade rotates by the flow of humidifying air moving along the main flow path.
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 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the water collecting portion is provided at a distal end of a blade surface of the blade with respect to the flow direction and projects outward in the thickness direction on the blade surface so that an opening portion facing the direction opposite to the flow direction is formed, And a slit having a cross section and forming a trapping space in which moisture is trapped inside.
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.13. The method of claim 12,
Wherein the slit further comprises a slit step portion provided at the rear of the opening portion with respect to the flow direction and extending stepwise inward in the thickness direction on the wing surface to form a part of the trapping space Moisture collection device.
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KR20220153313A (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-18 | 주식회사 케이퓨얼셀 | Nature vaporization apparatus for atomizing exhaust water of Hydrogen vehicle |
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JP2009262027A (en) * | 2008-04-23 | 2009-11-12 | Calsonic Kansei Corp | Gas-liquid separator |
KR20150058814A (en) * | 2013-11-21 | 2015-05-29 | 현대자동차주식회사 | Humidification device for fuel cell |
-
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- 2016-12-15 KR KR1020160171971A patent/KR102552484B1/en active IP Right Grant
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KR20220153313A (en) * | 2021-05-11 | 2022-11-18 | 주식회사 케이퓨얼셀 | Nature vaporization apparatus for atomizing exhaust water of Hydrogen vehicle |
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