KR20210004891A - Membrane Type Humidifier for Fuel Cell System - Google Patents

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KR20210004891A KR1020200083053A KR20200083053A KR20210004891A KR 20210004891 A KR20210004891 A KR 20210004891A KR 1020200083053 A KR1020200083053 A KR 1020200083053A KR 20200083053 A KR20200083053 A KR 20200083053A KR 20210004891 A KR20210004891 A KR 20210004891A
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Abstract

The present invention relates to a membrane type humidity adjustment apparatus for a fuel cell. According to the present invention, a humidity adjustment apparatus for a fuel cell humidifies gas supplied to a fuel cell stack and comprises: a membrane humidifier including a membrane tube having a hollow part through which gas moves and supplying moisture to gas through moisture exchange, and having a water receiving part formed on one side to supply the moisture; and a humidification chamber including the membrane humidifier inside, having a gas inlet formed on one side thereof to supply the gas to the membrane humidifier, and having a discharge formed on the upper side thereof to discharge the gas humidified through the membrane humidifier, wherein the amount of moisture supplied through the water reception part of the membrane humidifier is adjusted in accordance with the pressure inside the humidification chamber, such that the pressure outside the membrane tube inside the membrane humidifier is adjusted. Accordingly, the humidification chamber including the membrane humidifier inside is introduced, such that the pressure outside and inside the membrane tube is adjusted, thereby providing an advantage of increasing durability of the membrane tube.

Description

연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치{Membrane Type Humidifier for Fuel Cell System}Membrane Type Humidifier for Fuel Cell System}

본 발명은 연료전지의 습도 조절 장치에 관한 것으로서, 멤브레인 가습기를 내부에 포함하는 가습챔버를 도입하여 멤브레인 튜브 외부와 내부의 압력을 조절하여 멤브레인 튜브의 내구성을 향상시키는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a humidity control device for a fuel cell, wherein the membrane-type humidity control device for a fuel cell improves the durability of the membrane tube by introducing a humidification chamber including a membrane humidifier inside and controlling the pressure inside and outside the membrane tube. About.

기존의 화석연료를 태움으로써 생기는 배기가스에 의한 환경 오염 문제와 화석연료 고갈에 의한 에너지 위기 등에 대처하기 위하여 무공해 대체에너지 개발을 위한 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다.In order to cope with the environmental pollution problem caused by the exhaust gas generated by burning the existing fossil fuel and the energy crisis caused by the depletion of fossil fuels, efforts are being made worldwide to develop a pollution-free alternative energy.

특히 무공해 대체에너지로서의 수소 연료의 사용은 지구상에 존재하는 무한한 자원의 활용으로써 그 의미가 있으며, 수소 연료를 사용하는 연료전지는 수소에너지 응용기술의 핵심이다.In particular, the use of hydrogen fuel as a non-polluting alternative energy is meaningful as the use of infinite resources existing on the earth, and fuel cells using hydrogen fuel are the core of hydrogen energy application technology.

이러한 수소 연료를 사용하는 연료전지는 연료인 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로, 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지용 스택의 연료극(anode)으로 공급되고, 블로워와 같은 공기 공급장치를 통해 대기 중의 공기가 연료전지용 스택의 공기극(cathode)으로 공급된다.A fuel cell using such hydrogen fuel is a device that generates electricity by reacting hydrogen as a fuel with oxygen in the air to generate water, and high-purity hydrogen is supplied from a hydrogen storage tank to an anode of a fuel cell stack. Air in the atmosphere is supplied to the cathode of the fuel cell stack through an air supply device such as a blower.

연료전지용 스택의 연료극으로 공급된 수소는 수소 이온과 전자로 분리되며, 수소 이온은 연료극과 공기극 사이의 전해질막을 통해 공기극으로 이동하고, 전자는 외부 도선을 통해 공기극으로 이동한다. 연료저지용 스택의 공기극으로 공급된 산소가 전자 및 수소 이온과 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다.Hydrogen supplied to the anode of the fuel cell stack is separated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte membrane between the anode and the cathode, and electrons move to the cathode through an external conductor. Oxygen supplied to the cathode of the fuel blocking stack is combined with electrons and hydrogen ions to generate water, thereby generating electric energy.

여기에서 연료전지용 스택의 전해질막은 일반적으로 고분자막으로 이루어져 수소 이온이 통과하려면 고분자막이 적절한 수분을 함유하고 있어야 한다. 즉, 고분자 전해질막이 충분히 젖어 있을수록 수소 이온이 연료극으로부터 공기극으로 더 잘 전달될 수 있다.Here, the electrolyte membrane of the fuel cell stack is generally composed of a polymer membrane, and the polymer membrane must contain adequate moisture for hydrogen ions to pass through. That is, the more wet the polymer electrolyte membrane is, the better the hydrogen ions can be transferred from the anode to the cathode.

따라서, 전해질막에 적절한 수분을 지속적으로 공급하여 연료전지의 발전 효율 저하를 방지하고, 열화에 따른 전해질막의 손상을 방지하기 위해 연료전지의 수소 및 공기 공급장치에는 공급해주는 수소 및 공기의 습도를 조절하기 위한 가습기가 필수적으로 구성되어 있다.Therefore, to prevent deterioration of the power generation efficiency of the fuel cell by continuously supplying appropriate moisture to the electrolyte membrane, and to prevent damage to the electrolyte membrane due to deterioration, the hydrogen and air humidity supplied to the hydrogen and air supply device of the fuel cell are controlled. A humidifier is essentially configured for this.

이러한 가습기 중 본 발명에서는 멤브레인형 가습기(막가습기)에 대해 설명하고자 한다. Among these humidifiers, in the present invention, a membrane humidifier (membrane humidifier) will be described.

도 1은 종래의 멤브레인형 가습기를 도시한 것으로서, 일반적으로 멤브레인 튜브가 구현되며, 멤브레인 튜브 내부로 수소 또는 공기가 공급되며, 멤브레인 외부에서 공급된 물이 멤브레인을 통과하여 수소 또는 공기에 공급되도록 함으로써 수소 또는 공기가 가습되게 하는 것이다.1 shows a conventional membrane humidifier, in which a membrane tube is generally implemented, hydrogen or air is supplied into the membrane tube, and water supplied from the membrane passes through the membrane and is supplied to hydrogen or air. Hydrogen or air is to be humidified.

상기 종래의 가습기의 경우에는 가습시 멤브레인 튜브 안쪽의 압력과 멤브레인 튜브 외부의 압력 차이에 의해 멤브레인 튜브가 파손되는 문제점이 있었다.In the case of the conventional humidifier, there is a problem in that the membrane tube is damaged due to a difference between the pressure inside the membrane tube and the pressure outside the membrane tube during humidification.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 멤브레인 가습기를 내부에 포함하는 가습챔버를 도입하여 멤브레인 튜브 외부와 내부의 압력을 조절하여 멤브레인 튜브의 내구성을 향상시키는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치의 제공을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and provides a membrane-type humidity control device for a fuel cell that improves the durability of the membrane tube by introducing a humidification chamber including a membrane humidifier inside to adjust the pressure inside and outside the membrane tube. The purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서, 가스가 이동하는 중공부가 형성되고, 수분 교환을 통해 상기 가스에 수분을 공급하는 멤브레인 튜브를 포함하고, 일측에 수분을 공급하는 입수부가 형성된 멤브레인 가습기와, 상기 멤브레인 가습기를 내부에 포함하며, 일측에는 상기 멤브레인 가습기에 가스를 공급하는 가스유입구가 형성되고, 상측에는 상기 멤브레인 가습기를 통해 가습된 가스를 배기하는 배기부가 형성된 가습챔버를 포함하고, 상기 가습챔버 내부의 압력에 따라 상기 멤브레인 가습기의 입수부를 통해 공급되는 수분의 양이 조절되어 상기 멤브레인 가습기 내부의 멤브레인 튜브 외부의 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치를 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is, in a humidification apparatus for a fuel cell for humidifying a gas supplied to a stack of a fuel cell, a membrane tube for supplying moisture to the gas through the formation of a hollow portion through which the gas moves It includes, a membrane humidifier having an inlet portion for supplying moisture to one side, and the membrane humidifier inside, a gas inlet for supplying gas to the membrane humidifier is formed on one side, and humidification through the membrane humidifier on an upper side And a humidification chamber having an exhaust portion for exhausting the gas, and an amount of moisture supplied through the inlet portion of the membrane humidifier is adjusted according to the pressure inside the humidification chamber, so that the pressure outside the membrane tube inside the membrane humidifier is adjusted. A membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that, is a technical gist.

또한, 상기 멤브레인 가습기는, 가스가 이동하는 중공부가 형성된 형성된 복수개의 멤브레인 튜브와, 상기 멤브레인 튜브를 에워싸는 하우징과, 상기 하우징의 일측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브에서 수분 교환 후 남은 물을 배출시키는 배수부와, 상기 하우징의 타측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브로 수분 교환을 위한 물을 공급시키는 입수부가 형성된 것이 바람직하다.In addition, the membrane humidifier includes a plurality of membrane tubes in which a hollow portion through which gas moves are formed, a housing surrounding the membrane tube, and a drainage that is formed on one side of the housing, and discharges water remaining after water exchange in the membrane tube. It is preferable that a portion is formed on the other side of the housing, and an inlet portion for supplying water for water exchange to the membrane tube is formed.

또한, 상기 멤브레인 튜브는, 단일벽(single wall) 및 다중벽(multi wall) 형태 중 어느 하나, 또는 이들의 조합으로 구현된 것이 바람직하다.In addition, the membrane tube is preferably implemented in any one of a single wall and a multi wall form, or a combination thereof.

또한, 상기 하우징은, 상측으로 갈수록 수평단면적이 좁아지도록 배기커버부가 더 형성된 것이 바람직하며, 상기 하우징 하측부에는 절곡된 형태의 유체가이드부가 더 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the housing is further formed with an exhaust cover portion so that the horizontal cross-sectional area becomes narrower toward the upper side, and a fluid guide portion in a curved shape is further formed at the lower portion of the housing.

또한, 상기 멤브레인 가습기는, 상기 하우징 상단부에 결합된 프레임에 의해 상기 가습챔버 내벽에 고정되는 것이 바람직하다.In addition, the membrane humidifier is preferably fixed to the inner wall of the humidification chamber by a frame coupled to the upper end of the housing.

또한, 상기 가습챔버는, 상기 멤브레인 가습기 및 상기 가스유입구 하측으로 상기 멤브레인 가습기의 수분 교환 후 남은 수분을 저장하는 저수부가 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the humidification chamber is provided with a water storage unit that stores moisture remaining after the membrane humidifier exchanges moisture under the membrane humidifier and the gas inlet.

또한, 상기 멤브레인 가습기는, 상기 멤브레인 가습기의 수분 교환 후 남은 수분을 저장하는 상기 가습챔버의 저수부 내부에 함침되어 형성된 것이 바람직하다.In addition, the membrane humidifier is preferably formed by being impregnated into the water storage portion of the humidification chamber that stores moisture remaining after water exchange of the membrane humidifier.

여기에서, 상기 가습챔버는, 일측에 배출부가 구비되어 상기 저수부에 저장된 물을 펌핑하여 상기 멤브레인 가습기의 입수부로 공급하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the humidification chamber is provided with a discharge unit on one side to pump water stored in the storage unit and supply it to the receiving unit of the membrane humidifier.

또한, 상기 가습챔버는, 상기 물을 멤브레인 가습기로 공급하는 배관에 히터가 구비된 것이 바람직하다.In addition, the humidification chamber is preferably provided with a heater in the pipe supplying the water to the membrane humidifier.

본 발명은 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치에 있어서, 멤브레인 가습기를 내부에 포함하는 가습챔버를 구비하여 멤브레인 튜브 외부와 내부의 압력을 조절하여 멤브레인 튜브의 내구성을 확보하여 습도 조절 장치의 장기 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, in a membrane-type humidity control device for a fuel cell, a humidification chamber including a membrane humidifier is provided to control the pressure inside and outside the membrane tube to secure durability of the membrane tube to secure long-term reliability of the humidity control device. There is an effect that can be done.

도 1 - 기존의 연료전지용 멤브레인형 가습기에 대한 모식도.
도 2 내지 도 4 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모식도.1-A schematic diagram of a conventional membrane-type humidifier for fuel cells.
2 to 4-schematic diagram according to various embodiments of the present invention.

본 발명은 멤브레인 가습기를 내부에 포함하는 가습챔버를 도입하여, 가습챔버 내부의 압력에 따라 상기 멤브레인 가습기 내부의 멤브레인 튜브 외부의 압력이 조절되도록 하여, 상기 멤브레인 튜브 외부와 내부의 압력을 조절하여 멤브레인 튜브의 내구성을 향상시키기 위한 것이다.The present invention introduces a humidification chamber that includes a membrane humidifier inside, so that the pressure outside the membrane tube inside the membrane humidifier is adjusted according to the pressure inside the humidification chamber, and controls the pressure outside and inside the membrane tube. This is to improve the durability of the tube.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 연료전지용 멤브레인형 가습장치에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 to 4 are schematic diagrams of a membrane-type humidifier for a fuel cell according to various embodiments of the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명은 멤브레인 가습기(100)를 내부에 포함하는 가습챔버(200)를 구비하는 연료전지용 멤브레인형 가습장치에 관한 것으로, 멤브레인 튜브(110) 외부와 내부 압력이 조절되게 되어 멤브레인 튜브(110)의 장기 내구성을 확보하기 위한 것이다.As shown, the present invention relates to a membrane-type humidifier for a fuel cell having a humidification chamber 200 including a membrane humidifier 100 therein, and the external and internal pressures of the membrane tube 110 are controlled so that the membrane tube is It is to secure the long-term durability of (110).

본 발명은, 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서, 가스가 이동하는 중공부가 형성되고, 수분 교환을 통해 상기 가스에 수분을 공급하는 멤브레인 튜브(110)를 포함하고, 일측에 수분을 공급하는 입수부(140)가 형성된 멤브레인 가습기(100)와, 상기 멤브레인 가습기(100)를 내부에 포함하며, 일측에는 상기 멤브레인 가습기(100)에 가스를 공급하는 가스유입구(210)가 형성되고, 상측에는 상기 멤브레인 가습기(100)를 통해 가습된 가스를 배기하는 배기부(220)가 형성된 가습챔버(200)를 포함하고, 상기 가습챔버(200) 내부의 압력에 따라 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 공급되는 수분의 양이 조절되어 상기 멤브레인 가습기(100) 내부의 멤브레인 튜브(110) 외부의 압력이 조절되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in a humidification apparatus for a fuel cell that humidifies a gas supplied to a stack of a fuel cell, a hollow portion through which the gas moves is formed, and the membrane tube 110 supplies moisture to the gas through moisture exchange, , A membrane humidifier 100 provided with an intake part 140 for supplying moisture to one side, and the membrane humidifier 100 therein, and a gas inlet 210 for supplying gas to the membrane humidifier 100 at one side. ) Is formed, and an upper side includes a humidification chamber 200 in which an exhaust unit 220 for exhausting the humidified gas through the membrane humidifier 100 is formed, and according to the pressure inside the humidification chamber 200, the membrane It is characterized in that the amount of moisture supplied through the intake unit 140 of the humidifier 100 is adjusted so that the pressure outside the membrane tube 110 inside the membrane humidifier 100 is adjusted.

상기 멤브레인 가습기(100)는 내부에 복수개의 멤브레인 튜브(110)를 포함하는 것으로서, 상기 중공부를 통해 가스(공기 또는 수소)가 이동하고, 상기 멤브레인 튜브(110) 외부로는 수분을 교환을 위한 수분을 공급할 수 있도록 입수부(140)가 형성된 것이다.The membrane humidifier 100 includes a plurality of membrane tubes 110 therein, wherein gas (air or hydrogen) moves through the hollow portion, and moisture for exchanging moisture to the outside of the membrane tube 110 The acquisition unit 140 is formed so that it can be supplied.

구체적으로는 상기 멤브레인 가습기(100)는, 가스가 이동하는 중공부가 형성된 복수개의 멤브레인 튜브(110)와, 상기 멤브레인 튜브(110)를 에워싸는 하우징(120)과, 상기 하우징(120)의 일측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브(110)에서 수분 교환 후 남은 물을 배출시키는 배수부(130)와, 상기 하우징(120)의 타측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브(110)로 수분 교환을 위한 물을 공급시키는 입수부(140)가 형성된 것을 특징으로 한다.Specifically, the membrane humidifier 100 includes a plurality of membrane tubes 110 having a hollow portion through which gas moves, a housing 120 surrounding the membrane tube 110, and formed on one side of the housing 120 And, a drain 130 for discharging water remaining after water exchange in the membrane tube 110, and formed on the other side of the housing 120, and supplying water for moisture exchange to the membrane tube 110 It characterized in that the acquisition unit 140 is formed.

즉, 상기 멤브레인 가습기(100)는 하우징(120) 내부에 중공부가 형성된 복수개의 멤브레인 튜브(110)가 형성되고, 상기 하우징(120) 일측에는 상기 멤브레인 튜브(110)에서 수분 교환 후 남은 물을 배출시키는 배수부(130)가 형성되고, 타측에는 상기 멤브레인 튜브(110)로 수분 교환을 위한 물을 공급시키기 위한 입수부(140)가 형성된 것이다.That is, the membrane humidifier 100 has a plurality of membrane tubes 110 having a hollow portion formed inside the housing 120, and at one side of the housing 120, water remaining after water exchange from the membrane tube 110 is discharged. A drain unit 130 is formed, and a receiving unit 140 for supplying water for water exchange to the membrane tube 110 is formed on the other side.

또한, 상기 멤브레인 튜브(110)는, 연료전지의 스팩이나 용량, 용도, 적용 환경 등으로 고려하여 단일벽 튜브(single wall tube) 또는 다중벽 튜브(muiti wall tube)를 사용하거나, 상기 단일벽 튜브(single wall tube) 및 다중벽 튜브(muiti wall tube)를 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the membrane tube 110 uses a single wall tube or a muiti wall tube in consideration of the specification, capacity, use, and application environment of the fuel cell, or the single wall tube (single wall tube) and muiti wall tube can be mixed and used.

또한, 상기 하우징(120)은 가습챔버(200) 내부에 고정되는 것으로서, 멤브레인 튜브(110)에 의해 유로가 생성되도록 가습챔버(200) 내벽에 고정되어 형성된다. 가습 용량에 따라 상기 하우징(120)은 가습챔버(200) 내벽에 직접적으로 고정되거나, 상기 하우징(120) 상단부에 결합된 프레임(300)에 의해 상기 가습챔버(200) 내벽에 고정될 수 있다.In addition, the housing 120 is fixed to the inside of the humidification chamber 200 and is formed by being fixed to the inner wall of the humidification chamber 200 so that a flow path is generated by the membrane tube 110. Depending on the humidification capacity, the housing 120 may be directly fixed to the inner wall of the humidification chamber 200 or may be fixed to the inner wall of the humidification chamber 200 by a frame 300 coupled to the upper end of the housing 120.

상기 프레임(300)에 의해 가습챔버(200) 내부에 가습용량을 확보할 수 있는 공간부를 조절할 수 있도록 하면서, 상기 하우징(120)을 상기 가습챔버(200) 내부에 고정시키게 된다.The housing 120 is fixed to the inside of the humidification chamber 200 while allowing the frame 300 to adjust a space for securing a humidification capacity in the humidification chamber 200.

또한, 상기 프레임(300) 하측으로 상기 가습챔버(200)는 밀폐되도록 하여 상기 중공부의 멤브레인 튜브(110)에 의해서만 유로가 생성되도록 하여, 멤브레인 가습기(100) 내외부 압력 조절이 용이하도록 한다.In addition, the humidification chamber 200 is closed below the frame 300 so that a flow path is created only by the membrane tube 110 of the hollow portion, so that the internal and external pressure of the membrane humidifier 100 can be easily controlled.

그리고 본 발명에 따른 가습챔버(200)는 상기 멤브레인 가습기(100)를 내부에 포함하며, 일측에는 상기 멤브레인 가습기(100)에 가스를 공급하는 가스유입구(210)가 형성되고, 상측에는 상기 멤브레인 가습기(100)를 통해 가습된 가스를 배기하는 배기부(220)가 형성된다.In addition, the humidification chamber 200 according to the present invention includes the membrane humidifier 100 inside, a gas inlet 210 for supplying gas to the membrane humidifier 100 is formed at one side, and the membrane humidifier at an upper side An exhaust unit 220 for exhausting the humidified gas through 100 is formed.

도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 가습챔버(200) 내부에 멤브레인 가습기(100)가 배치되며, 상기 가스유입구(210)를 통해 공급된 공기 또는 산소는 상기 멤브레인 가습기(100)의 멤브레인 튜브(110)의 중공부를 통해 이동되며, 상기 입수부(140)를 통해 공급된 수분과 상기 가스의 수분 교환을 통해 중공부 내부의 가스는 가습되게 된다. 가습된 가스는 상기 배기부(220)를 통해 연료전지 스택 등으로 공급되게 된다.2 to 4, a membrane humidifier 100 is disposed inside the humidification chamber 200, and air or oxygen supplied through the gas inlet 210 is a membrane tube of the membrane humidifier 100 It is moved through the hollow portion of (110), and the gas inside the hollow portion is humidified through the exchange of moisture between the moisture supplied through the receiving portion 140 and the gas. The humidified gas is supplied to the fuel cell stack or the like through the exhaust unit 220.

또한, 상기 가습챔버(200) 상측에 배기부(220)가 형성되어, 가습된 수소 또는 공기가 배기되도록 하여 응결수 제거가 용이하도록 한다.In addition, an exhaust unit 220 is formed above the humidification chamber 200 so that the humidified hydrogen or air is exhausted to facilitate the removal of condensed water.

여기에서, 상기 가습챔버(200) 내부의 압력에 따라 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 공급되는 수분의 양이 조절되어 상기 멤브레인 가습기(하우징)(100) 내부의 멤브레인 튜브(110) 외부의 압력이 조절되게 된다.Here, the amount of moisture supplied through the intake part 140 of the membrane humidifier 100 is adjusted according to the pressure inside the humidification chamber 200, so that the membrane tube inside the membrane humidifier (housing) 100 ( 110) External pressure is controlled.

일반적으로 종래의 멤브레인 튜브(110)의 내부의 압력과 외부의 압력 차이에 의해 멤브레인 튜브(110)가 파손되는 문제점이 있으며, 본 발명은 이를 해결하기 위해 가습챔버(200) 내부에 멤브레인 가습기(100)를 배치하고, 중공부가 형성된 멤브레인 튜브(110)가 가스의 유로를 형성하도록 하여, 멤브레인 튜브(110)의 내부와 외부의 압력을 동일하게 만들어 줌으로써 해결한 것이다.In general, there is a problem in that the membrane tube 110 is damaged due to the difference between the internal pressure and the external pressure of the conventional membrane tube 110, and the present invention provides a membrane humidifier 100 inside the humidification chamber 200 to solve this problem. ), and the membrane tube 110 in which the hollow part is formed to form a gas flow path, thereby making the inner and outer pressures of the membrane tube 110 the same.

본 발명에 따르면, 가습챔버(200) 내부에 멤브레인 튜브(110)가 포함되어 있으며, 멤브레인 튜브(110)의 내부는 가습챔버(200)와 오픈된 상태로 항상 동일한 압력을 유지하게 되므로, 본 발명에서는 하우징(120) 내부 멤브레인 튜브(110) 외부와 가습챔버(200)의 압력을 동일하게 만드는 것이다.According to the present invention, the membrane tube 110 is included in the humidification chamber 200, and the inside of the membrane tube 110 always maintains the same pressure in an open state with the humidification chamber 200, the present invention In the case, the pressure in the humidification chamber 200 is made equal to the outside of the membrane tube 110 inside the housing 120.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 가습챔버(200) 내부에 멤브레인 가습기(100)가 포함되어 있으며, 가습챔버(200)의 가스유입구(210)를 통해 유입된 가스에 의해 가습챔버(200) 내부의 압력이 증가하면 상기 가습챔버(200) 내부의 수면이 낮아진 만큼 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 물이 상기 하우징(120) 내부 멤브레인 튜브(110) 외부로 이동하게 된다. 이를 통해 상기 가습챔버(200) 내부의 압력 변화에 따라 가습챔버(200) 내부의 압력과 하우징(120) 내부의 압력을 조절할 수 있다.2 and 3, a membrane humidifier 100 is included in the humidification chamber 200, and the humidification chamber 200 is generated by the gas introduced through the gas inlet 210 of the humidification chamber 200. ) As the internal pressure increases, the water surface inside the humidification chamber 200 decreases, so that water moves to the outside of the membrane tube 110 inside the housing 120 through the intake part 140 of the membrane humidifier 100. do. Through this, the pressure inside the humidification chamber 200 and the pressure inside the housing 120 may be adjusted according to the change in the pressure inside the humidification chamber 200.

즉, 상기 가습챔버(200) 내부의 압력 변화에 따라 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 공급되는 수분의 양이 조절되어 상기 멤브레인 가습기(100) 내부의 멤브레인 튜브(110) 외부의 압력이 조절되게 된다.That is, the amount of moisture supplied through the intake part 140 of the membrane humidifier 100 is adjusted according to the change in pressure inside the humidification chamber 200, so that the outside of the membrane tube 110 inside the membrane humidifier 100 The pressure of is controlled.

여기에서, 상기 가습챔버(200)는 상기 멤브레인 가습기(100) 및 상기 가스유입구(210) 하측으로 상기 멤브레인 가습기(100)의 수분 교환 후 남은 수분을 저장하는 저수부가 형성되고, 상기 가습챔버(200)의 일측에 배출부(230)가 구비되어 상기 저수부에 저장된 물을 펌핑하여 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 공급하게 된다.Here, in the humidification chamber 200, a storage portion for storing moisture remaining after moisture exchange of the membrane humidifier 100 is formed under the membrane humidifier 100 and the gas inlet 210, and the humidification chamber 200 ) Is provided at one side of the discharge unit 230 to pump water stored in the storage unit and supply it through the receiving unit 140 of the membrane humidifier 100.

또한, 상기 멤브레인 가습기(100)의 배수부(130)의 출구는 상기 가습챔버(200)의 저수부의 저수면 아래에 배치되도록 하여, 튀는 물방울을 방지하여 가습효율을 극대화시킬 수 있다.In addition, the outlet of the drain portion 130 of the membrane humidifier 100 is disposed below the water surface of the reservoir portion of the humidification chamber 200 to prevent splashing water droplets, thereby maximizing humidification efficiency.

한편 본 발명에 따른 멤브레인 가습기(100)의 하우징(120)은 도 3에 도시한 바와 같이 상측으로 갈수록 수평단면적이 좁아지도록 배기커버부(121)가 더 형성되거나, 상기 하우징(120) 하측부에는 절곡된 형태의 유체가이드부(122)가 더 형성될 수 있다.On the other hand, the housing 120 of the membrane humidifier 100 according to the present invention is further formed with an exhaust cover portion 121 so that the horizontal cross-sectional area becomes narrower toward the upper side, as shown in FIG. 3, or at the lower side of the housing 120 The fluid guide portion 122 in a curved shape may be further formed.

상기 배기커버부(121)에 의해 상기 가습챔버(200) 상측에 형성된 배기부(220)를 통해 가습된 가스의 배기가 효율적으로 이루어지도록 하고, 상기 유체가이드부(122)에 의해 수분 교환을 통해 남은 수분이 상기 저수부 내부로 떨어질 때 물방울이 튀지 않도록 하고, 상기 유체가이드부(122)의 굴곡진 부분에 의해 저수부의 물이 상기 멤브레인 튜브(110) 내부로까지 유입되는 것을 일정 부분 방지하게 된다.The humidified gas is efficiently exhausted through the exhaust unit 220 formed on the upper side of the humidification chamber 200 by the exhaust cover unit 121, and water is exchanged by the fluid guide unit 122. To prevent water droplets from splashing when remaining moisture falls into the reservoir, and to partially prevent water from flowing into the membrane tube 110 due to the curved portion of the fluid guide unit 122 do.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로, 상기 멤브레인 가습기(100)가 상기 가습챔버(200)의 저수부 내부에 함침되어 형성된 것을 나타낸 것으로, 멤브레인 가습기(100) 전체가 저수부 내부에 함침되어 형성된 것이다.4 is another embodiment of the present invention, showing that the membrane humidifier 100 is formed by impregnating the inside of the reservoir portion of the humidification chamber 200, and the entire membrane humidifier 100 is formed by impregnating the inside of the reservoir portion. will be.

이 경우에도 상기 가습챔버(200) 내부의 압력이 높아진 만큼 하우징(120) 내부 즉, 멤브레인 튜브(110) 외부로 들어가는 물의 압력도 높아지기 때문에 멤브레인 튜브(110) 내부와 외부의 압력 변화는 없게 된다.Even in this case, as the pressure inside the humidification chamber 200 increases, the pressure of water entering the housing 120, that is, the outside of the membrane tube 110 increases, so there is no change in pressure inside and outside the membrane tube 110.

즉, 가스가 유입되어 압력이 높아져도 물에서 주는 압력 때문에 상기 가습챔버(200) 내부의 압력과 상기 멤브레인 튜브(110) 외부를 동일한 압력으로 만들어, 멤브레인 튜브(110)의 장기 내구성을 확보하게 되는 것이다.That is, even if gas is introduced and the pressure increases, the pressure inside the humidification chamber 200 and the outside of the membrane tube 110 are made equal to each other due to the pressure given by water, thereby securing long-term durability of the membrane tube 110. will be.

여기에서 상기 가습챔버(200) 내부의 압력 변화에 따라 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)를 통해 공급되는 물의 양이 조절되게 되는데, 이는 상기 가습챔버(200)의 일측에 배출부(230)가 구비되어 상기 저수부에 저장된 물을 이동시켜 상기 멤브레인 가습기(100)의 입수부(140)로 공급하게 된다.Here, the amount of water supplied through the intake part 140 of the membrane humidifier 100 is adjusted according to the change in the pressure inside the humidification chamber 200, which is a discharge part at one side of the humidification chamber 200 ( 230) is provided to move the water stored in the water storage unit and supply it to the receiving unit 140 of the membrane humidifier 100.

상기 저수부에 저장된 물을 이동시키고자 할때 물을 펌핑하여 이동시킬 수도 있으며, 이는 공급되는 가습된 가스의 량, 조절하고자 하는 상대습도에 따라, 압력의 조절 범위에 따라 적용할 수 있다.When the water stored in the water storage unit is to be moved, water may be pumped to move it, which can be applied according to the amount of humidified gas supplied, the relative humidity to be adjusted, and the control range of the pressure.

또한, 상기 저수부에 저장된 물을 멤브레인 가습기(100)로 공급하는 배관에 히터(240)가 구비되어, 온도를 조절하여 물을 공급함으로써 수소 또는 공기의 온도 및 습도 조절이 용이하게 이루어지도록 한다.In addition, a heater 240 is provided in a pipe supplying the water stored in the water storage unit to the membrane humidifier 100 so that the temperature and humidity of hydrogen or air can be easily controlled by supplying water by adjusting the temperature.

이와 같이 본 발명은, 멤브레인 가습기를 내부에 포함하는 가습챔버를 구비하여 멤브레인 튜브 외부와 내부의 압력을 조절하여 멤브레인 튜브의 내구성을 확보하여 습도 조절 장치의 장기 신뢰성을 확보하도록 하는 것이다.As described above, according to the present invention, a humidification chamber including a membrane humidifier is provided to control the pressure inside and outside the membrane tube to secure durability of the membrane tube, thereby ensuring long-term reliability of the humidity control device.

100 : 멤브레인 가습기 110 : 멤브레인 튜브
120 : 하우징 121 : 배기커버부
122 : 유체가이드부 130 : 배수부
140 : 입수부 200 : 가습챔버
210 : 가스유입구 220 : 배기부
230 : 배출부 240 : 히터
300 : 프레임100: membrane humidifier 110: membrane tube
120: housing 121: exhaust cover part
122: fluid guide part 130: drainage part
140: intake part 200: humidification chamber
210: gas inlet 220: exhaust
230: discharge unit 240: heater
300: frame

Claims (10)

연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서,
가스가 이동하는 중공부가 형성되고, 수분 교환을 통해 상기 가스에 수분을 공급하는 멤브레인 튜브를 포함하고, 일측에 수분을 공급하는 입수부가 형성된 멤브레인 가습기;
상기 멤브레인 가습기를 내부에 포함하며, 일측에는 상기 멤브레인 가습기에 가스를 공급하는 가스유입구가 형성되고, 상측에는 상기 멤브레인 가습기를 통해 가습된 가스를 배기하는 배기부가 형성된 가습챔버;를 포함하고,
상기 가습챔버 내부의 압력에 따라 상기 멤브레인 가습기의 입수부를 통해 공급되는 수분의 양이 조절되어 상기 멤브레인 가습기 내부의 멤브레인 튜브 외부의 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.In the fuel cell humidification device for humidifying a gas supplied to a stack of fuel cells,
A membrane humidifier having a hollow portion through which gas moves, including a membrane tube for supplying moisture to the gas through moisture exchange, and having an inlet portion for supplying moisture to one side;
And a humidification chamber including the membrane humidifier inside, a gas inlet for supplying gas to the membrane humidifier on one side, and an exhaust part for exhausting the humidified gas through the membrane humidifier on an upper side, and
Membrane type humidity control device for a fuel cell, characterized in that the amount of moisture supplied through the intake part of the membrane humidifier is adjusted according to the pressure inside the humidification chamber, and the pressure outside the membrane tube inside the membrane humidifier is adjusted. 제 1항에 있어서, 상기 멤브레인 가습기는,
가스가 이동하는 중공부가 형성된 복수개의 멤브레인 튜브;
상기 멤브레인 튜브를 에워싸는 하우징;
상기 하우징의 일측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브에서 수분 교환 후 남은 물을 배출시키는 배수부;
상기 하우징의 타측에 형성되며, 상기 멤브레인 튜브로 수분 교환을 위한 물을 공급시키는 입수부;가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 1, wherein the membrane humidifier,
A plurality of membrane tubes with hollow portions through which gas moves;
A housing surrounding the membrane tube;
A drain part formed on one side of the housing and discharging water remaining after water exchange in the membrane tube;
A membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that it is formed on the other side of the housing and supplies water for water exchange to the membrane tube. 제 2항에 있어서, 상기 멤브레인 튜브는,
단일벽(single wall) 및 다중벽(multi wall) 형태 중 어느 하나, 또는 이들의 조합으로 구현된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 2, wherein the membrane tube,
Membrane type humidity control device for a fuel cell, characterized in that it is implemented in any one of a single wall and a multi-wall form, or a combination thereof. 제 2항에 있어서, 상기 하우징은,
상측으로 갈수록 수평단면적이 좁아지도록 배기커버부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 2, wherein the housing,
Membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that the exhaust cover is further formed so that the horizontal cross-sectional area becomes narrower toward the upper side. 제 2항에 있어서, 상기 하우징 하측부에는 절곡된 형태의 유체가이드부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The membrane-type humidity control device for a fuel cell according to claim 2, wherein a fluid guide part in a bent shape is further formed on the lower side of the housing. 제 2항에 있어서, 상기 멤브레인 가습기는,
상기 하우징 상단부에 결합된 프레임에 의해 상기 가습챔버 내벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 2, wherein the membrane humidifier,
Membrane type humidity control device for a fuel cell, characterized in that fixed to the inner wall of the humidification chamber by a frame coupled to the upper end of the housing. 제 1항에 있어서, 상기 가습챔버는,
상기 멤브레인 가습기 및 상기 가스유입구 하측으로 상기 멤브레인 가습기의 수분 교환 후 남은 수분을 저장하는 저수부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 1, wherein the humidification chamber,
Membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that a storage portion for storing moisture remaining after moisture exchange of the membrane humidifier is formed below the membrane humidifier and the gas inlet. 제 1항에 있어서, 상기 멤브레인 가습기는,
상기 멤브레인 가습기의 수분 교환 후 남은 수분을 저장하는 상기 가습챔버의 저수부 내부에 함침되어 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 1, wherein the membrane humidifier,
Membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that the membrane humidifier is formed by impregnating the inside of the reservoir portion of the humidification chamber that stores moisture remaining after moisture exchange. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 가습챔버는,
일측에 배출부가 구비되어 상기 저수부에 저장된 물을 펌핑하여 상기 멤브레인 가습기의 입수부로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 7 or 8, wherein the humidification chamber,
Membrane-type humidity control device for a fuel cell, characterized in that a discharge unit is provided on one side to pump water stored in the storage unit and supply it to the receiving unit of the membrane humidifier. 제 9항에 있어서, 상기 가습챔버는,
상기 물을 멤브레인 가습기로 공급하는 배관에 히터가 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지용 멤브레인형 습도 조절 장치.The method of claim 9, wherein the humidification chamber,
Membrane type humidity control apparatus for a fuel cell, characterized in that a heater is provided in a pipe supplying the water to the membrane humidifier.
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