KR20190055635A - Fuel cell membrane humidifier - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier, which has a heterogeneous diameter hollow fiber membrane to control the amount of humidification in accordance with a flow rate of supplied air. According to an embodiment of the present invention, the fuel cell membrane humidifier comprises a housing unit accommodated with hollow fiber membranes that a first fluid flows inside and a second fluid flows outside, and the first and second fluids exchanges moisture. The housing unit includes: a first fluid inlet and a first fluid outlet through which the first fluid flows; and a second fluid inlet and a second fluid outlet through which the second fluid flows. Also, first hollow fiber membranes having a first diameter and second hollow fiber membranes having a second diameter are accommodated inside the housing unit.

Description

연료전지 막가습기 {Fuel cell membrane humidifier}Fuel cell membrane humidifier

본 발명은 연료전지 막가습기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이종 직경 중공사막을 구비하여 공급 공기의 유량에 따라 가습량 조절이 가능한 연료전지 막가습기에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier, and more particularly, to a fuel cell membrane humidifier having a heterogeneous diameter hollow fiber membrane and capable of adjusting a humidification amount according to a flow rate of supplied air.

연료 전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료 전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배가량 높다는 장점이 있다. Fuel cells are power generation cells that produce electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike conventional chemical batteries, such as batteries and accumulators, fuel cells can produce electricity continuously as long as hydrogen and oxygen are supplied, and they are twice as efficient as internal combustion engines because they have no heat loss.

또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. In addition, since the chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electric energy, the emission of pollutants is low. Therefore, the fuel cell has an advantage that it is not only environmentally friendly but also can reduce the concern about resource exhaustion due to an increase in energy consumption.

이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체 산화물형 연료 전지(SOFC), 및 알칼리형 연료 전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. Such a fuel cell can be classified into a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell SOFC), and an alkaline fuel cell (AFC).

이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.Each of these fuel cells operates basically on the same principle, but the type of fuel used, the operating temperature, the catalyst, and the electrolyte are different from each other. Among them, polymer electrolyte fuel cells are known to be most promising not only in small size stationary power generation equipment but also in transportation system because they operate at a lower temperature than other fuel cells and can be miniaturized because of their high output density.

고분자 전해질형 연료 전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer Electrolyte Membrane 또는 Proton Exchange Membrane: PEM)에 일정량 이상의 수분을 공급함으로써 함수율을 유지하도록 하는 것이다. 고분자 전해질 막이 건조되면 발전 효율이 급격히 저하되기 때문이다. One of the most important factors in improving the performance of a polymer electrolyte fuel cell is to supply a predetermined amount or more of water to a polymer electrolyte membrane (PEM) of a membrane electrode assembly (MEA) Thereby maintaining the water content. When the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency is rapidly lowered.

고분자 전해질 막을 가습하는 방법으로는, 1) 내압용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 2) 연료 전지 반응에 필요한 공급 수분량을 계산하여 솔레노이드 밸브를 통해 가스 유동관에 직접 수분을 공급하는 직접 분사(direct injection) 방식, 및 3) 고분자 분리막을 이용하여 가스의 유동층에 수분을 공급하는 가습 막 방식 등이 있다. The method of humidifying the polymer electrolyte membrane is as follows: 1) a bubbler humidification method in which a pressure vessel is filled with water, a subject gas is passed through a diffuser to supply water, and 2) A direct injection method in which water is directly supplied to the gas flow pipe through calculation using a solenoid valve, and 3) a humidifying membrane method in which water is supplied to a fluidized bed of gas using a polymer separator.

이들 중에서도 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 가스에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 가습막 방식이 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.Among them, the humidifying membrane type which humidifies the polymer electrolyte membrane by providing water vapor to the gas supplied to the polymer electrolyte membrane using a membrane selectively permeable to only the water vapor contained in the exhaust gas is advantageous in that the humidifier can be made lighter and smaller.

가습 막 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 가습기를 제조할 경우 접촉 표면적이 넓은 중공사막의 고집적화가 가능하여 소용량으로도 연료 전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료 전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다. The selective permeable membrane used in the humidifying membrane method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when a module is formed. That is, when the humidifier is manufactured using the hollow fiber membrane, the hollow fiber membrane having a large contact surface area can be highly integrated, so that the humidification of the fuel cell can be sufficiently performed even at a small capacity, and low cost materials can be used. Moisture and heat contained in the unreacted gas can be recovered and reused through the humidifier.

한편, 저 전류영역에서는 충분한 가습이 필요하나 고 전류영역, 고 출력영역에서는 캐소드에 생성되는 물의 양이 많아지게 되어, 캐소드에서의 물질전달 저항을 증가시켜서 플러딩의 원인이 된다. 캐소드에서 생성된 많은 양의 물이 공기의 공급을 막기 때문에 공기 공급이 부족해지는 현상이 발생하며, 결국 연료전지 촉매의 열화를 가속화시켜 연료전지의 내구성을 크게 저하시키게 된다.On the other hand, sufficient humidification is required in the low current region, but the amount of water generated in the cathode increases in the high current region and the high power region, which increases the mass transfer resistance at the cathode and causes flooding. A large amount of water generated in the cathode blocks the supply of air, so that the air supply becomes insufficient. As a result, the deterioration of the fuel cell catalyst is accelerated and the durability of the fuel cell is greatly lowered.

대한민국 공개특허 제10-2009-0013304호Korea Patent Publication No. 10-2009-0013304 대한민국 공개특허 제10-2009-0057773호Korea Patent Publication No. 10-2009-0057773 대한민국 공개특허 제10-2009-0128005호Korean Patent Publication No. 10-2009-0128005 대한민국 공개특허 제10-2000-0108092호Korean Patent Publication No. 10-2000-0108092 대한민국 공개특허 제10-2000-0131631호Korean Patent Publication No. 10-2000-0131631 대한민국 공개특허 제10-2001-0001022호Korean Patent Publication No. 10-2001-0001022 대한민국 공개특허 제10-2001-0006122호Korean Patent Publication No. 10-2001-0006122 대한민국 공개특허 제10-2001-0006128호Korean Patent Publication No. 10-2001-0006128 대한민국 공개특허 제10-2001-0021217호Korean Patent Publication No. 10-2001-0021217 대한민국 공개특허 제10-2001-0026696호Korean Patent Publication No. 10-2001-0026696 대한민국공개특허제10-2001-0063366호Korean Patent Publication No. 10-2001-0063366

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 이종 직경 중공사막을 구비하여 공급 공기의 유량에 따라 가습량 조절이 가능한 연료전지 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell membrane humidifier having a heterogeneous diameter hollow fiber membrane and capable of controlling the amount of humidification depending on the flow rate of supplied air.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,A fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention includes:

내부에 제1 유체가 흐르고, 외부에 제2 유체가 흐르면서 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 수분 교환을 수행하는 중공사막들이 수용된 하우징부를 포함하는 연료전지 막가습기로서, 상기 하우징부는, 상기 제1 유체가 유동하는 제1 유체 유입구 및 제1 유체 유출구와, 상기 제2 유체가 유동하는 제2 유체 유입구 및 제2 유체 유출구를 포함하며, 상기 하우징부 내부에는 제1 직경을 구비한 제1 중공사막들과, 상기 제1 직경과 상이한 제2 직경을 구비한 제2 중공사막들이 수용된다.Wherein the housing portion includes a housing portion in which a hollow portion of the hollow portion of the hollow portion of the hollow portion of the hollow member is exposed, A first fluid inlet and a first fluid outlet through which a fluid flows, a second fluid inlet and a second fluid outlet through which the second fluid flows, and a first hollow Deserts and second hollow fiber membranes having a second diameter different from the first diameter are received.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 중공사막들은 상기 하우징부 내부의 일 영역에 수용되고, 상기 제2 중공사막들은 상기 하우징부 내부의 타 영역에 수용될 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the first hollow fiber membranes may be accommodated in one area inside the housing part, and the second hollow fiber membranes may be accommodated in another area inside the housing part.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 중공사막들이 수용된 제1 카트리지와, 상기 제2 중공사막들이 수용된 제2 카트리지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 카트리지가 상기 하우징부 내부에 수용될 수 있다.A fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention includes a first cartridge housing the first hollow fiber membranes and a second cartridge housing the second hollow fiber membranes, wherein the first and second cartridges are housed in the housing Can be accommodated in the inside of the unit.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 하우징부는, 상기 제1 유체 유입구와, 상기 제1 유체 유출구가 형성된 하우징 캡과, 상기 제2 유체 유입구와, 상기 제2 유체 유출구가 형성된 하우징 몸체를 포함한다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the housing portion may include the first fluid inlet, the housing cap formed with the first fluid outlet, the second fluid inlet, and the second fluid outlet formed And a housing body.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 하우징 캡과 상기 하우징 몸체는 일체형으로 형성될 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the housing cap and the housing body may be integrally formed.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific embodiments of various aspects of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 추가적인 장비없이도 공급 공기의 유량에 따라 가습량 조절이 가능하게 된다. 그 결과, 저출력 영역에서는 충분한 가습을 수행할 수 있고, 고 출력영역에서는 캐소드에 생성되는 물의 양을 줄일 수 있게 되어, 캐소드에서 발생하는 플러딩을 예방할 수 있게 된다. According to the embodiment of the present invention, the amount of the humidification amount can be controlled according to the flow rate of the supply air without additional equipment. As a result, sufficient humidification can be performed in the low output region, and the amount of water generated in the cathode in the high output region can be reduced, thereby preventing flooding occurring in the cathode.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 응용예가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이다.
도 4는 도 2의 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이다.1 is a perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing an application example of the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell membrane humidifier of FIG. 2. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments and is intended to illustrate and describe the specific embodiments in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기를 설명한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprises" or "having" are used to designate the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. Hereinafter, a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 응용예가 도시된 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이고, 도 4는 도 2의 연료전지 막가습기가 도시된 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating an application example of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention. Sectional view of a fuel cell membrane humidifier according to one embodiment, and Fig. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell membrane humidifier of Fig.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기는, 하우징부(100), 중공사막 모듈(200)을 포함한다.As shown in the figure, the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention includes a housing part 100 and a hollow fiber membrane module 200.

하우징부(100)는 막가습기의 외형을 이룬다. 하우징부(100)는 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들을 포함할 수 있고, 이들이 결합된 일체형일 수도 있다. 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들은 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다. The housing part 100 forms the outer shape of the membrane humidifier. The housing part 100 may include a housing body 110 and a housing cap 120, and may be integrally formed with the housing body 110 and the housing cap 120. The housing body 110 and the housing caps 120 may be made of hard plastic such as polycarbonate or metal.

또한, 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들은 폭 방향 단면 형상이 다각형이거나, 또는 원형일 수 있다. 상기 다각형은 사각형, 정사각형, 사다리꼴, 평행사변형, 오각형, 육각형 등일 수 있으며, 상기 다각형은 모서리가 라운드진 형태일 수도 있다. 또한, 상기 원형은 타원형일 수도 있다.In addition, the housing body 110 and the housing caps 120 may have a polygonal cross-sectional shape in the width direction, or may be circular. The polygon may be a square, a square, a trapezoid, a parallelogram, a pentagon, a hexagon, or the like, and the polygon may be rounded. Also, the circular shape may be an elliptical shape.

하우징 몸체(110)의 양단에는 각각 제2 유체가 공급되는 제2 유체 유입구(131)와 제2 유체가 배출되는 제2 유체 유출구(132)가 형성되어 있다.At both ends of the housing body 110, a second fluid inlet 131 through which a second fluid is supplied and a second fluid outlet 132 through which a second fluid is discharged are formed.

하우징 캡(120)은 하우징 몸체(110)의 각 양단에 결합된다. 각각의 하우징 캡(120)에는 제1 유체 유입구(121) 및 제1 유체 유출구(122)가 형성되어 있다. 일측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유입구(121)로 유입된 제1 유체는 중공사막 모듈(200) 내부로 유입되어 중공사막의 내부 관로를 통과하고 중공사막 모듈(200) 외부로 유출된 후, 타측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유출구(122)로 빠져나가게 된다. 상기에서 제1 유체는 저습의 유체이며 제2 유체는 고습의 유체일 수 있다. 또는, 제2 유체가 저습의 유체이고, 제1 유체가 고습의 유체일 수도 있다. The housing cap 120 is coupled to both ends of the housing body 110. Each housing cap 120 has a first fluid inlet 121 and a first fluid outlet 122 formed therein. The first fluid introduced into the first fluid inlet 121 of the one housing cap 120 flows into the hollow fiber membrane module 200 and passes through the inner pipe of the hollow fiber membrane module 200 and flows out of the hollow fiber membrane module 200 , And then escapes to the first fluid outlet 122 of the other housing cap 120. The first fluid may be a low-humidity fluid and the second fluid may be a high-humidity fluid. Alternatively, the second fluid may be a low-humidity fluid, and the first fluid may be a high-humidity fluid.

중공사막 모듈(200) 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된 중공사막 다발이 배치되거나, 복수의 중공사막이 수용된 복수의 카트리지(C, 도 2 참조)가 배치될 수 있다.A hollow fiber membrane bundle containing a plurality of hollow fiber membranes for selectively passing moisture may be disposed in the hollow fiber membrane module 200 or a plurality of cartridges C (see FIG. 2) in which a plurality of hollow fiber membranes are accommodated may be disposed.

중공사막 모듈(200) 내부 또는 카트리지(C) 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된다. 중공사막(210)은, 예를 들어 나피온(Nafion) 재질, 폴리에테르이미드(polyetherimide) 재질, 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone) 재질의 중공사막이 될 수 있다. 상기 중공사막(210)은 수분 교환의 정도 차이는 있으나, 대체적으로 제1 유체와 제2 유체 사이의 수분을 교환하는 기능을 수행한다.A plurality of hollow fiber membranes for selectively passing moisture are accommodated in the hollow fiber membrane module 200 or inside the cartridge C. The hollow fiber membrane 210 may be a hollow fiber membrane made of, for example, a Nafion material, a polyetherimide material, or a polyphenylsulfone material. The hollow fiber membrane 210 generally functions to exchange moisture between the first fluid and the second fluid although there is a difference in degree of water exchange.

중공사막 모듈(200)의 양단부에는 중공사막(210)들을 결속하면서 중공사막들의 사이의 공극을 메우는 포팅부(140)가 형성된다. 이로써, 중공사막 모듈(200)은 양단부가 포팅부에 막히어 그 내부에는 제2 유체가 통과하는 유로가 형성된다. 포팅부의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.At both ends of the hollow fiber membrane module 200, a potting part 140 is formed to bind the hollow fiber membranes 210 and fill the voids between the hollow fiber membranes. As a result, the hollow fiber membrane module 200 has both ends thereof blocked by the potting portion, and a flow path through which the second fluid passes is formed therein. The material of the potting part is well known in the art and will not be described in detail here.

본 발명의 실시예에서, 중공사막 모듈(200) 내부에는 적어도 2이상의 직경의 크기가 상이한 중공사막이 수용된다. 상이한 직경의 중공사막 중에서 제1 직경을 구비한 중공사막들은 하우징부 내부의 일 영역에 수용되고, 제2 직경을 구비한 중공사막들은 하우징부 내부의 타 영역에 수용될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the hollow fiber membrane module 200 accommodates at least two hollow fiber membranes of different diameters. Of the different diameter hollow fiber membranes, the hollow fiber membranes having the first diameter are accommodated in one area inside the housing part, and the hollow fiber membranes having the second diameter can be accommodated in the other area inside the housing part.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 직경을 구비한 제1 중공사막(210a)들이 하우징부(100) 내부의 상부 영역에 수용되고, 제2 직경을 구비한 제2 중공사막(210b)들이 하우징부(100) 내부의 하부 영역에 수용될 수 있다. 제1 중공사막(210a)들과 제2 중공사막(210b)들 사이에는 공간을 구획하는 격벽(220)이 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, a first hollow fiber membrane 210a having a first diameter is accommodated in an upper region of the interior of the housing unit 100, and a second hollow fiber membrane (not shown) having a second diameter 210b may be received in the lower region inside the housing part 100. [ A partition 220 separating a space may be formed between the first hollow fiber membranes 210a and the second hollow fiber membranes 210b.

한편, 하우징부(100) 내부에는 복수의 중공사막들이 적어도 2 이상의 카트리지(C) 형태로 수용될 수 있다. 이때, 각각의 카트리지에 상이한 직경의 중공사막들이 수용될 수 있다.Meanwhile, a plurality of hollow fiber membranes may be accommodated in the housing part 100 in the form of at least two cartridges (C). At this time, different diameters of hollow fiber membranes may be accommodated in each cartridge.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징부(100)에 4개의 카트리지(C)가 수용될 수 있고, 4개의 카트리지 중에서 상부 2개의 카트리지에는 제1 직경의 제1 중공사막(210a)들이 수용되고, 하부 2개의 카트리지에는 제2 직경의 제2 중공사막(210b)들이 수용될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고, 각각의 카트리지에 각각 상이한 직경의 중공사막들이 수용될 수도 있다.For example, as shown in FIG. 2, four cartridges C may be accommodated in the housing portion 100, and a first hollow fiber membrane 210a of a first diameter may be accommodated in the upper two cartridges of the four cartridges, And the lower two cartridges can receive the second hollow fiber membranes 210b of the second diameter. Of course, not limited to this, each of the cartridges may be provided with hollow fibers of different diameters.

도면에서는 제1 중공사막(210a)들이 작은 직경, 제2 중공사막(210b)들이 큰 직경을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 제1 중공사막(210a)들이 큰 직경, 제2 중공사막(210b)들이 작은 직경을 가질 수도 있다. Although the first hollow fiber membranes 210a have a small diameter and the second hollow fiber membranes 210b have a large diameter, the first hollow fiber membranes 210a have a large diameter and the second hollow fiber membranes 210b have a large diameter. (210b) may have a small diameter.

다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 동작 과정을 설명한다. 설명의 편의상, 제1 중공사막(210a)들이 수용된 영역을 제1 모듈(201), 제2 중공사막(210b)들이 수용된 영역을 제2 모듈(202)이라 한다.Next, the operation of the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention will be described. For convenience of explanation, the area where the first hollow fiber membranes 210a are accommodated is referred to as a second module 202, and the area where the first module 201 and the second hollow fiber membranes 210b are accommodated is referred to as a second module 202. [

외부의 블로워(미도시)에 의해 막가습기로 공기가 공급된다. 즉, 블로워에 의해 압축된 공급 공기(제1 유체)는 제1 유체 유입구(121)로 유입된다. 이때, 블로워에 의해 유입되는 공기의 양이 상대적으로 적은 저유량 출력인 경우, 제1 유체 유입구(121)를 통해 유입된 제1 유체는 유동 저항이 적은 방향으로 유동하도록 유도된다. 즉, 직경이 큰 중공사막들이 수용된 제2 모듈(202)로 제1 유체가 유동되도록 한다. 물론, 제1 모듈(201)의 입구가 막혀있는 것은 아니어서, 모든 제1 유체가 제2 모듈(202)로 유동되는 것은 아니나, 제1 모듈(201) 보다 제2 모듈(202)로 유입되는 제1 유체의 양이 더 많게 된다.Air is supplied to the humidifier by an external blower (not shown). That is, the supply air (first fluid) compressed by the blower flows into the first fluid inlet 121. At this time, when the amount of the air introduced by the blower is relatively low, the first fluid introduced through the first fluid inlet 121 is guided to flow in a direction in which the flow resistance is small. That is, the first fluid flows into the second module 202 in which the hollow fiber membranes having a large diameter are accommodated. Of course, the inlet of the first module 201 is not clogged, so that not all of the first fluid flows into the second module 202 but flows into the second module 202 rather than the first module 201 The amount of the first fluid becomes larger.

한편, 블로워에 의해 유입되는 공기의 양이 상대적으로 큰 고유량 출력인 경우, 제1 유체 유입구(121)를 통해 유입된 제1 유체는, 흐름 압력에 의해, 상대적으로 더 많은 양의 제1 유체가 제1 모듈(201)로 유입하게 된다.On the other hand, when the amount of air introduced by the blower is a relatively high flow rate output, the first fluid introduced through the first fluid inlet 121 is, due to the flow pressure, To the first module 201.

즉, 저유량 출력인 경우, 블로워에서 막가습기로 공급된 제1 유체는, 직경이 큰 중공사막들이 수용되어 상대적으로 유동 저항이 적은 제2 모듈(202)로 더 많이 유동하게 되고, 고유량 출력인 경우, 흐름 압력에 의해 상대적으로 더 많은 양의 제1 유체가 제1 모듈(201)로 유입하게 되어, 추가적인 장비없이도 공급 공기의 유량에 따라 가습량 조절이 가능하게 된다. 그 결과, 저출력 영역에서는 충분한 가습을 수행할 수 있고, 고 출력영역에서는 캐소드에 생성되는 물의 양을 줄일 수 있게 되어, 캐소드에서 발생하는 플러딩을 예방할 수 있게 된다. That is, in the case of a low flow rate output, the first fluid supplied from the blower to the membrane humidifier will receive larger diameter hollow fiber membranes and will flow to the second module 202 having a relatively low flow resistance, A relatively larger amount of the first fluid flows into the first module 201 due to the flow pressure so that the amount of the humidification can be adjusted according to the flow rate of the supply air without additional equipment. As a result, sufficient humidification can be performed in the low output region, and the amount of water generated in the cathode in the high output region can be reduced, thereby preventing flooding occurring in the cathode.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

100 : 하우징부 110 : 하우징 몸체
120 : 하우징 캡 200 : 중공사막 모듈
201 : 제1 모듈 202 : 제2 모듈
210a : 제1 중공사막 210b : 제2 중공사막100: housing part 110: housing body
120: housing cap 200: hollow fiber membrane module
201: first module 202: second module
210a: first hollow fiber membrane 210b: second hollow fiber membrane

Claims (5)

내부에 제1 유체가 흐르고, 외부에 제2 유체가 흐르면서 상기 제1 유체와 상기 제2 유체가 수분 교환을 수행하는 중공사막들이 수용된 하우징부를 포함하는 연료전지 막가습기로서,
상기 하우징부는, 상기 제1 유체가 유동하는 제1 유체 유입구 및 제1 유체 유출구와, 상기 제2 유체가 유동하는 제2 유체 유입구 및 제2 유체 유출구를 포함하며,
상기 하우징부 내부에는 제1 직경을 구비한 제1 중공사막들과, 상기 제1 직경과 상이한 제2 직경을 구비한 제2 중공사막들이 수용된 연료전지 막가습기.
1. A fuel cell membrane humidifier comprising a housing part in which hollow fiber membranes are accommodated in which a first fluid flows inside and a second fluid flows to the outside to perform water exchange between the first fluid and the second fluid,
Wherein the housing portion includes a first fluid inlet and a first fluid outlet through which the first fluid flows and a second fluid inlet and a second fluid outlet through which the second fluid flows,
The first hollow fiber membranes having a first diameter and the second hollow fiber membranes having a second diameter different from the first diameter are accommodated in the housing portion.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 중공사막들은 상기 하우징부 내부의 일 영역에 수용되고, 상기 제2 중공사막들은 상기 하우징부 내부의 타 영역에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
The method according to claim 1,
Wherein the first hollow fiber membranes are housed in one area inside the housing part, and the second hollow fiber membranes are housed in another area inside the housing part.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 중공사막들이 수용된 제1 카트리지와, 상기 제2 중공사막들이 수용된 제2 카트리지를 포함하며, 상기 제1 및 제2 카트리지가 상기 하우징부 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
The method according to claim 1,
A first cartridge housing the first hollow fiber membranes and a second cartridge housing the second hollow fiber membranes, wherein the first and second cartridges are housed within the housing portion.
청구항 1에 있어서, 상기 하우징부는,
상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 유출구가 형성된 하우징 캡과,
상기 제2 유체 유입구와 상기 제2 유체 유출구가 형성된 하우징 몸체
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
[2] The apparatus according to claim 1,
A housing cap having the first fluid inlet and the first fluid outlet,
A second fluid inlet and a second fluid outlet,
The fuel cell membrane humidifier comprising:
청구항 4에 있어서,
상기 하우징 캡과 상기 하우징 몸체는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.The method of claim 4,
Wherein the housing cap and the housing body are integrally formed.
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