KR20210011204A - Humidifier for fuel cell - Google Patents

Humidifier for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR20210011204A
KR20210011204A KR1020190088359A KR20190088359A KR20210011204A KR 20210011204 A KR20210011204 A KR 20210011204A KR 1020190088359 A KR1020190088359 A KR 1020190088359A KR 20190088359 A KR20190088359 A KR 20190088359A KR 20210011204 A KR20210011204 A KR 20210011204A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
space
wet air
fuel cell
disposed
check valve
Prior art date
Application number
KR1020190088359A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김현유
이주용
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020190088359A priority Critical patent/KR20210011204A/en
Publication of KR20210011204A publication Critical patent/KR20210011204A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/02—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air
    • F24F6/04—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The present invention relates to a humidifier for a fuel cell comprising: a housing which forms a wet air supplying port through which wet air is supplied from a fuel cell stack in one side and forms a wet air outlet in the other side; a partition wall which divides an inner space of the housing into a first space connected to the wet air supplying port and a second space connected to the wet air outlet; a humidifying film which is provided inside the housing to pass through the partition wall and through which dry air passes; and a bypass unit which selectively bypasses the wet air supplied to the first space to the second space. The present invention accurately controls a humidification amount depending on a driving condition.

Description

연료전지용 가습기{HUMIDIFIER FOR FUEL CELL}Humidifier for fuel cell {HUMIDIFIER FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지용 가습기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가습 성능을 향상시킬 수 있으며, 운전 조건에 따라 가습량을 조절할 수 있는 연료전지용 가습기에 관한 것이다.The present invention relates to a humidifier for a fuel cell, and more particularly, to a humidifier for a fuel cell capable of improving the humidification performance and controlling the amount of humidification according to operating conditions.

연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.The fuel cell system is a system that continuously produces electric energy through a chemical reaction of continuously supplied fuel, and continuous research and development is being made as an alternative to solve the global environmental problem.

연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.Depending on the type of electrolyte used, the fuel cell system includes a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and a solid oxide fuel cell (SOFC). ), polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), alkaline fuel cell (AFC), and direct methanol fuel cell (DMFC), along with the type of fuel used. Depending on the operating temperature and output range, it can be applied to various applications such as mobile power, transportation, and distributed power generation.

이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.Among them, polymer electrolyte fuel cells are being applied to the field of hydrogen vehicles (hydrogen fuel cell vehicles) being developed to replace internal combustion engines.

수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택, 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치, 연료전지 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 발생시키는 모터 등을 포함한다.Hydrogen cars are configured to produce their own electricity through a chemical reaction between hydrogen and oxygen and drive a motor to drive. More specifically, the hydrogen vehicle is a hydrogen tank (H 2 tank) in which hydrogen (H 2 ) is stored, a fuel cell stack that generates electricity through the redox reaction of hydrogen and oxygen (O 2 ), and is used to drain the generated water. It includes various devices, a battery that stores electricity produced in a fuel cell stack, a controller that converts and controls the generated electricity, and a motor that generates driving force.

한편, 연료전지가 정상적으로 동작하기 위해서는 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지되어야 하므로, 유입가스는 연료전지 스택으로 유입되기 전에 가습기에 의해 가습될 수 있다.Meanwhile, in order for the fuel cell to operate normally, since the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly must be maintained at a certain humidity or higher, the incoming gas may be humidified by a humidifier before flowing into the fuel cell stack.

최근에는 연료전지 스택으로부터 배출되는 습윤공기를 이용하여 가습기를 통과하는 유입가스(건조공기)를 가습하는 방식이 제시된 바 있다.Recently, a method of humidifying the inlet gas (dry air) passing through the humidifier using the humid air discharged from the fuel cell stack has been proposed.

아울러, 유입가스의 가습 정도는 연료전지 스택의 운전 조건(또는 습도 상태)에 따라 조절될 수 있어야 한다.In addition, the degree of humidification of the incoming gas must be adjustable according to the operating conditions (or humidity conditions) of the fuel cell stack.

그러나, 기존에는 유입가스가 가습기를 거쳐(가습된 상태) 연료전지 스택에 유입되거나, 가습기를 거치지 않고 바이패스 유로를 통해 연료전지 스택에 곧바로 유입되도록 하여, 연료전지 스택의 습도를 조절해야 하므로, 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.However, in the past, it is necessary to control the humidity of the fuel cell stack by allowing the incoming gas to flow into the fuel cell stack through a humidifier (humidified state) or directly into the fuel cell stack through a bypass flow path without going through a humidifier. There is a problem in that it is difficult to accurately control the humidification amount of the incoming gas according to the operating conditions of the fuel cell stack.

더욱이, 기존에는 가습기의 외부에 별도의 바이패스 유로를 형성해야 하므로, 구조가 복잡하고, 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있다.Moreover, since a separate bypass flow path has to be formed outside the humidifier, the structure is complicated, and design freedom and space utilization are deteriorated.

이에 따라, 최근에는 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 정확하게 조절하면서 구조를 간소화하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, in recent years, various studies have been made to simplify the structure while accurately controlling the humidification amount of the inflow gas according to the operating conditions of the fuel cell stack, but development thereof is still inadequate.

본 발명은 가습 성능을 향상시킬 수 있으며, 운전 조건에 따라 가습량을 정확하게 조절할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a humidifier for a fuel cell capable of improving humidification performance and accurately adjusting the amount of humidification according to operating conditions.

특히, 본 발명은 고출력 운전시 연료전지 스택으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, an object of the present invention is to reduce the amount of humidification of the inlet gas supplied to the fuel cell stack during high-power operation.

또한, 본 발명은 바이패스 유로를 별도로 마련하지 않고도, 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to enable the amount of humidification of the incoming gas to be adjusted according to operating conditions without separately providing a bypass flow path.

또한, 본 발명은 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to simplify the structure and to improve design freedom and space utilization.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지용 가습기는, 일측에는 연료전지 스택으로부터 습윤공기가 공급되는 습윤공기 공급구가 형성되고, 다른 일측에는 습윤공기 배출구가 형성된 하우징; 하우징의 내부 공간을, 습윤공기 공급구와 연통되는 제1공간과, 습윤공기 배출구와 연통되는 제2공간으로 구획하는 격벽; 격벽을 통과하도록 하우징의 내부에 구비되며, 건조공기가 통과하는 가습막; 및 제1공간에 공급된 습윤공기를 선택적으로 제2공간으로 바이패스시키는 바이패스부;를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above-described objects of the present invention, a humidifier for a fuel cell has a wet air supply port through which humid air is supplied from the fuel cell stack on one side, and a wet air outlet on the other side. Formed housing; A partition wall partitioning the inner space of the housing into a first space communicating with the wet air supply port and a second space communicating with the wet air outlet; A humidification membrane provided inside the housing so as to pass through the partition wall and through which dry air passes; And a bypass unit selectively bypassing the wet air supplied to the first space to the second space.

이는, 연료전지용 가습기의 가습 성능을 향상시키고, 운전 조건에 따라 가습량을 정확하게 조절하기 위함이다.This is to improve the humidification performance of the fuel cell humidifier and to accurately control the amount of humidification according to the operating conditions.

즉, 기존에는 유입가스가 가습기를 거쳐(가습된 상태) 연료전지 스택에 유입되거나, 가습기를 거치지 않고 바이패스 유로를 통해 연료전지 스택에 곧바로 유입되도록 하여, 연료전지 스택의 습도를 조절해야 하므로, 연료전지 스택의 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 정확하게 조절하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 기존에는 가습기의 외부에 별도의 바이패스 유로를 형성해야 하므로, 구조가 복잡하고, 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있다.In other words, in the past, the inlet gas must flow into the fuel cell stack through a humidifier (humidified state) or directly into the fuel cell stack through a bypass flow path without going through a humidifier, so that the humidity of the fuel cell stack must be controlled. There is a problem in that it is difficult to accurately control the humidification amount of the incoming gas according to the operating conditions of the fuel cell stack. Moreover, since a separate bypass flow path has to be formed outside the humidifier, the structure is complicated, and design freedom and space utilization are deteriorated.

하지만, 본 발명은 제1공간에 공급된 습윤공기가 선택적으로 제2공간으로 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 운전 조건에 따라 가습량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, according to the present invention, by selectively bypassing the wet air supplied to the first space to the second space, it is possible to obtain an advantageous effect of accurately controlling the amount of humidification according to operating conditions.

무엇보다도, 본 발명은 고출력 운전시 제1공간에 공급된 습윤공기가 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 기존 가습기 구조를 크게 변경하거나, 바이패스 유로를 별도로 마련하지 않고도, 연료전지 스택내 가습이 충분한 상태에서는 연료전지 스택으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Above all, the present invention allows the humid air supplied to the first space to be bypassed during high-power operation, whereby humidification in the fuel cell stack is sufficient without significantly changing the structure of the existing humidifier or providing a separate bypass flow path. In can obtain an advantageous effect of reducing the humidification amount of the inlet gas supplied to the fuel cell stack.

바이패스부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제1공간에 공급된 습윤공기를 선택적으로 제2공간으로 바이패스시키도록 구성될 수 있다.The bypass unit may be configured to selectively bypass the wet air supplied to the first space to the second space in various ways according to required conditions and design specifications.

바람직하게, 바이패스부는, 제1공간의 압력이 미리 설정된 설정 압력 범위보다 높으면 제1공간에 공급된 습윤공기를 제2공간으로 바이패스시키도록 구성될 수 있다.Preferably, the bypass unit may be configured to bypass the wet air supplied to the first space to the second space when the pressure in the first space is higher than a preset pressure range.

보다 구체적으로, 바이패스부는, 격벽을 통과하도록 배치되며 입구는 제1공간에 배치되고 출구는 제2공간에 배치되는 제1체크밸브, 및 격벽을 통과하도록 배치되며 입구는 제1공간에 배치되고 출구는 제2공간에 배치되는 제2체크밸브를 포함한다.More specifically, the bypass unit is disposed to pass through the partition wall, the inlet is disposed in the first space, the outlet is disposed to pass through the first check valve disposed in the second space, and the partition wall, and the inlet is disposed in the first space, The outlet includes a second check valve disposed in the second space.

일 예로, 제1체크밸브와 제2체크밸브는 제1공간의 압력이 미리 설정된 설정 압력 범위보다 높으면 동시에 개방될 수 있다.For example, the first check valve and the second check valve may be simultaneously opened when the pressure in the first space is higher than a preset pressure range.

다른 일 예로, 바이패스부는, 격벽을 통과하도록 가습막 카트리지의 상단에 배치되며 입구는 제1공간에 배치되고 출구는 제2공간에 배치되는 제1체크밸브만을 포함하거나, 격벽을 통과하도록 가습막 카트리지의 하단에 배치되며 입구는 제1공간에 배치되고 출구는 제2공간에 배치되는 제2체크밸브만을 포함하는 것도 가능하다.As another example, the bypass unit is disposed at the top of the humidification membrane cartridge to pass through the partition wall, and the inlet is disposed in the first space and the outlet includes only the first check valve disposed in the second space, or It is also possible to include only the second check valve disposed at the lower end of the cartridge, the inlet disposed in the first space and the outlet disposed in the second space.

또 다른 일 예로, 제1체크밸브와 제2체크밸브는 제1공간의 압력 변화에 대응하여 순차적으로 개방되도록 구성하는 것도 가능하다. 보다 구체적으로, 제1공간의 압력이 제1설정 압력 범위이면, 제1체크밸브와 제2체크밸브 중 어느 하나만이 먼저 개방되고, 제1공간의 압력이 제1압력범위와 다른 제2압력범위이면, 제1체크밸브와 제2체크밸브가 함께 개방될 수 있다.As another example, the first check valve and the second check valve may be configured to be sequentially opened in response to a pressure change in the first space. More specifically, if the pressure in the first space is within the first set pressure range, only one of the first check valve and the second check valve is opened first, and the pressure in the first space is a second pressure range different from the first pressure range. In this case, the first check valve and the second check valve may be opened together.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가습막이 내부에 수용되며, 격벽을 통과하도록 하우징의 내부에 구비되되, 일측에 형성된 유입홀은 제1공간에 배치되고, 다른 일측에 형성된 배출홀은 제2공간에 배치되는 카트리지 케이스를 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the humidification membrane is accommodated therein and provided inside the housing so as to pass through the partition wall, and the inlet hole formed on one side is disposed in the first space, and the discharge hole formed on the other side is the second space. It may include a cartridge case disposed on.

바람직하게, 유입홀은 습윤공기 공급구와 다른 선상에 배치되고, 배출홀은 습윤공기 배출구와 다른 선상에 배치되되, 습윤공기 공급구로 공급된 습윤공기는 제1공간을 거쳐 유입홀에 유입되고, 배출홀에서 배출된 습윤공기는 제2공간을 거쳐 습윤공기 배출구로 배출된다. 이와 같이, 유입홀과 습윤공기 공급구를 서로 다른 선상에 배치하고, 배출홀과 습윤공기 배출구를 서로 다른 선상에 배치하는 것에 의하여, 하우징의 내부에 유입된 습윤공기가 하우징 외부로 곧바로 빠져나가지 않고, 하우징 및 카트리지 케이스의 내부에서 충분하게 머무르게 할 수 있으므로, 하우징의 용량을 증가시키지 않고도 습윤공기에 의한 가습 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Preferably, the inlet hole is disposed on a different line from the wet air supply port, and the discharge hole is disposed on a different line from the wet air outlet, and the wet air supplied to the wet air supply port is introduced into the inlet hole through the first space, and discharged. The wet air discharged from the hole is discharged to the wet air outlet through the second space. In this way, by arranging the inlet hole and the wet air supply port on different lines, and by arranging the discharge hole and the wet air outlet on different lines, the wet air that has flowed into the housing does not exit directly out of the housing. , Since it is possible to sufficiently stay inside the housing and the cartridge case, it is possible to obtain an advantageous effect of improving the humidification efficiency by moist air without increasing the capacity of the housing.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가습 성능을 향상시킬 수 있으며, 운전 조건에 따라 가습량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to improve the humidification performance, and it is possible to obtain an advantageous effect of accurately adjusting the amount of humidification according to the operating conditions.

특히, 본 발명에 따르면 고출력 운전시 연료전지 스택으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect of reducing the amount of humidification of the inlet gas supplied to the fuel cell stack during high power operation.

또한, 본 발명에 따르면 바이패스 유로를 별도로 마련하지 않고도, 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect of accurately adjusting the humidification amount of the incoming gas according to the operating conditions without separately providing a bypass flow path.

또한, 본 발명에 따르면 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Further, according to the present invention, advantageous effects of simplifying the structure and improving design freedom and space utilization can be obtained.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기가 적용된 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 가습막 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 바이패스부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to the present invention is applied.
2 is a view for explaining the humidifier for a fuel cell according to the present invention.
3 is a view for explaining a housing as a humidifier for a fuel cell according to the present invention.
4 is a view for explaining a humidification membrane cartridge as a humidifier for a fuel cell according to the present invention.
5 is a view for explaining the operating structure of the humidifier for a fuel cell according to the present invention.
6 and 7 are views for explaining another embodiment of a bypass unit as a humidifier for a fuel cell according to the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and under these rules, contents described in other drawings may be cited, and contents that are deemed obvious to those skilled in the art or repeated may be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기가 적용된 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 하우징을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 가습막 카트리지를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기로서, 바이패스부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to the present invention is applied. In addition, Figure 2 is a view for explaining the humidifier for a fuel cell according to the present invention, Figure 3 is a view for explaining a fuel cell humidifier according to the present invention, a housing, and Figure 4 is a view for explaining the fuel cell humidifier according to the present invention. , Is a diagram for explaining the humidification membrane cartridge. And, Figure 5 is a view for explaining the operating structure of the humidifier for a fuel cell according to the present invention, Figures 6 and 7 are views for explaining another embodiment of a bypass unit as a humidifier for a fuel cell according to the present invention.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(100)는, 일측에는 연료전지 스택으로부터 습윤공기가 공급되는 습윤공기 공급구(112)가 형성되고, 다른 일측에는 습윤공기 배출구(114)가 형성된 하우징(110); 하우징(110)의 내부 공간을, 습윤공기 공급구(112)와 연통되는 제1공간(110a)과, 습윤공기 배출구(114)와 연통되는 제2공간(110b)으로 구획하는 격벽(120); 격벽(120)을 통과하도록 하우징(110)의 내부에 구비되되, 일측에 형성된 유입홀(132a)은 제1공간(110a)에 배치되고, 다른 일측에 형성된 배출홀(132b)은 제2공간(110b)에 배치되는 가습막 카트리지(130); 및 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기를 선택적으로 제2공간(110b)으로 바이패스시키는 바이패스부(140);를 포함한다.1 to 7, in the humidifier 100 for a fuel cell according to the present invention, a wet air supply port 112 through which humid air is supplied from the fuel cell stack is formed on one side, and a wet air outlet ( 114) the housing 110 is formed; A partition wall 120 partitioning the inner space of the housing 110 into a first space 110a communicating with the wet air supply port 112 and a second space 110b communicating with the wet air discharge port 114; It is provided inside the housing 110 so as to pass through the partition wall 120, the inlet hole 132a formed on one side is disposed in the first space 110a, and the discharge hole 132b formed on the other side is the second space ( A humidification membrane cartridge 130 disposed in 110b); And a bypass unit 140 selectively bypassing the wet air supplied to the first space 110a to the second space 110b.

본 발명에 따른 가습기(100)는 연료전지 스택에 유입되는 유입가스(예를 들어, 공기)를 가습하기 위해 마련된다.The humidifier 100 according to the present invention is provided to humidify an inlet gas (eg, air) flowing into the fuel cell stack.

참고로, 연료전지 스택(200)은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.For reference, the fuel cell stack 200 may be formed in various structures capable of generating electricity through an oxidation-reduction reaction of a fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air).

일 예로, 연료전지 스택(200)은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함한다.For example, the fuel cell stack 200 includes a membrane electrode assembly (MEA) (not shown) in which an electrochemical reaction occurs on both sides of the membrane with an electrolyte membrane in which hydrogen ions move, and a reactive body. A gas diffusion layer (GDL) (not shown) that evenly distributes the particles and transmits the generated electrical energy, a gasket and a fastener (not shown) to maintain the airtightness of the reactor bodies and cooling water and an appropriate fastening pressure. Si), and a bipolar plate (not shown) for moving the reactor bodies and cooling water.

보다 구체적으로, 연료전지 스택(200)에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.More specifically, from the fuel cell stack 200, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidizing agent are supplied to the anode and the cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively, and the hydrogen is supplied to the anode. Is supplied, and air is supplied to the cathode.

애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.Hydrogen supplied to the anode is decomposed into protons and electrons by the catalyst of the electrode layers on both sides of the electrolyte membrane, of which only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane. At the same time, electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer, which is a conductor, and the separator.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.In the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separation plate meet with oxygen in the air supplied to the cathode by the air supply device to generate water. At this time, the flow of electrons through the external conductor occurs due to the movement of hydrogen ions, and current is generated by the flow of electrons.

하우징(110)은 내부에 소정의 수용 공간을 갖도록 마련된다.The housing 110 is provided to have a predetermined accommodation space therein.

하우징(110)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 하우징(110)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 하우징(110)은 내부에 수용 공간을 갖는 사각 박스 형태로 형성될 수 있다.The shape and structure of the housing 110 may be variously changed according to required conditions and design specifications, and the present invention is not limited or limited by the shape and structure of the housing 110. For example, the housing 110 may be formed in the shape of a square box having an accommodation space therein.

하우징(110)의 일측에는 건조공기가 공급되는 건조공기 공급구(미도시)가 형성되고, 하우징(110)의 다른 일측에는 건조공기가 배출되는 건조공기 배출구(미도시)가 형성된다.A dry air supply port (not shown) through which dry air is supplied is formed at one side of the housing 110, and a dry air outlet (not shown) through which dry air is discharged is formed at the other side of the housing 110.

일 예로, 도 1 기준으로, 하우징(110)의 우측단에는 건조공기가 공급되는 건조공기 공급구(미도시)가 형성되고, 하우징(110)의 좌측단에는 건조공기 배출구(미도시)가 형성된다.For example, as of FIG. 1, a dry air supply port (not shown) through which dry air is supplied is formed at the right end of the housing 110, and a dry air outlet (not shown) is formed at the left end of the housing 110. do.

참고로, 건조공기 공급구에 공급된 건조공기는 가습막 카트리지(130)를 통과하는 중에 가습될 수 있으며, 건조공기 배출구를 통해 배출된 가습공기(가습 처리된 건조공기)는 연료전지 스택(200)으로 공급될 수 있다.For reference, the dry air supplied to the dry air supply port may be humidified while passing through the humidification membrane cartridge 130, and the humidified air (humidified dry air) discharged through the dry air outlet is the fuel cell stack 200 ) Can be supplied.

또한, 하우징(110)의 상단에는 습윤공기 공급구(112)가 형성되고, 하우징(110)의 하단에는 습윤공기 배출구(114)가 형성된다.In addition, a wet air supply port 112 is formed at the upper end of the housing 110, and a wet air outlet 114 is formed at the lower end of the housing 110.

연료전지 스택(200)에서 배출되는 습윤공기(또는 생성수)는, 연료전지 스택(200)과 하우징(110)의 습윤공기 공급구(112)를 연결하는 연결유로(미도시)를 따라 하우징(110)의 내부로 유입될 수 있으며, 하우징(110)의 내부에서는 다습한 습윤공기를 이용하여 가습막 카트리지(130)를 따라 유동하는 건조공기를 가습시킬 수 있다.Wet air (or generated water) discharged from the fuel cell stack 200 is along a connection channel (not shown) connecting the fuel cell stack 200 and the wet air supply port 112 of the housing 110 to the housing ( 110), and inside the housing 110, the dry air flowing along the humidifying membrane cartridge 130 may be humidified using humid humid air.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 격벽(120)은, 하우징(110)의 내부 공간을, 습윤공기 공급구(112)와 연통되는 제1공간(110a)과, 습윤공기 배출구(114)와 연통되는 제2공간(110b)으로 구획하도록 마련된다.1 to 3, the partition wall 120 communicates with the inner space of the housing 110, the first space 110a communicating with the wet air supply port 112, and the wet air outlet 114 It is provided to divide into a second space 110b.

일 예로, 격벽(120)은 하우징(110)의 내부 공간을 이등분하도록 형성될 수 있으며, 격벽(120)을 기준으로 격벽(120)의 좌측(도 1 기준)에는 제1공간(110a)이 마련되고, 격벽(120)의 우측에는 제2공간(110b)이 마련될 수 있다.As an example, the partition wall 120 may be formed to divide the inner space of the housing 110 into two, and a first space 110a is provided on the left side of the partition wall 120 (based on FIG. 1) based on the partition wall 120 In addition, a second space 110b may be provided on the right side of the partition wall 120.

가습막 카트리지(130)는 카트리지 타입으로 형성되어 하우징(110)의 내부에 장착되며, 내부를 따라서는 건조공기 유동하도록 구성된다.The humidification membrane cartridge 130 is formed in a cartridge type and mounted inside the housing 110, and is configured to flow dry air along the inside.

가습막 카트리지(130)의 개수 및 배열 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 하우징(110)의 내부에는 2개의 가습막 카트리지(130)가 수직하게 배열될 수 있다.The number and arrangement of the humidification membrane cartridges 130 may be variously changed according to required conditions and design specifications. For example, inside the housing 110, two humidification membrane cartridges 130 may be vertically arranged.

보다 구체적으로, 가습막 카트리지(130)는 격벽(120)을 통과하도록 하우징(110)의 내부에 구비되되, 일측에 형성된 유입홀(132a)은 제1공간(110a)에 배치되고, 다른 일측에 형성된 배출홀(132b)은 제2공간(110b)에 배치된다.More specifically, the humidification membrane cartridge 130 is provided inside the housing 110 so as to pass through the partition wall 120, and the inlet hole 132a formed on one side is disposed in the first space 110a, and on the other side The formed discharge hole (132b) is disposed in the second space (110b).

가습막 카트리지(130)의 건조공기가 유동 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 가습막 카트리지(130)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The humidification membrane cartridge 130 may be formed in a variety of structures capable of flowing dry air, and the present invention is not limited or limited by the structure and shape of the humidification membrane cartridge 130.

일 예로, 도 4를 참조하면, 가습막 카트리지(130)는, 일측에 유입홀(132a)이 형성되고 다른 일측에 배출홀(132b)이 형성된 카트리지 케이스(132), 및 카트리지 케이스(132)를 관통하도록 배치되며 건조공기가 통과하는 가습막(134)을 포함한다.As an example, referring to FIG. 4, the humidification membrane cartridge 130 includes a cartridge case 132 having an inlet hole 132a formed on one side and a discharge hole 132b formed on the other side, and a cartridge case 132. It is disposed to penetrate and includes a humidification membrane 134 through which dry air passes.

카트리지 케이스(132)는 내부에 수용공간이 형성된 중공형 부재로 형성되며, 격벽(120)을 관통하도록 하우징(110)의 내부에 장착된다.The cartridge case 132 is formed of a hollow member having an accommodation space formed therein, and is mounted inside the housing 110 so as to pass through the partition wall 120.

도 1을 기준으로, 카트리지 케이스(132)의 좌단 양측면(또는 일측면)에는 제1공간(110a) 상에 배치되는 유입홀(132a)이 형성되고, 카트리지 케이스(132)의 우단 양측면(또는 일측면)에는 제2공간(110b) 상에 배치되는 유입홀(132a)이 형성된다.1, inlet holes 132a disposed on the first space 110a are formed on both sides (or one side) of the left end of the cartridge case 132, and both sides (or one side) of the right end of the cartridge case 132 In the side), an inlet hole 132a disposed on the second space 110b is formed.

습윤공기 공급구(112)를 통해 하우징(110)의 내부에 공급된 습윤공기는 유입홀(132a)을 통해 카트리지 케이스(132)의 내부에 유입되고, 배출홀(132b)에서 배출되는 습윤공기는 습윤공기 배출구(114)를 통해 하우징(110)의 외부로 배출된다.The wet air supplied into the housing 110 through the humid air supply port 112 flows into the cartridge case 132 through the inlet hole 132a, and the wet air discharged from the discharge hole 132b is It is discharged to the outside of the housing 110 through the wet air outlet 114.

바람직하게, 유입홀(132a)은 습윤공기 공급구(112)와 다른 선상에 배치되고, 배출홀(132b)은 습윤공기 배출구(114)와 다른 선상에 배치되되, 습윤공기 공급구(112)로 공급된 습윤공기는 제1공간(110a)을 거쳐 유입홀(132a)에 유입되고, 배출홀(132b)에서 배출된 습윤공기는 제2공간(110b)을 거쳐 습윤공기 배출구(114)로 배출된다.Preferably, the inlet hole (132a) is disposed on a different line from the wet air supply port (112), the discharge hole (132b) is disposed on a different line from the wet air outlet (114), the wet air supply port (112) The supplied wet air is introduced into the inlet hole (132a) through the first space (110a), and the wet air discharged from the discharge hole (132b) is discharged to the wet air outlet (114) through the second space (110b). .

즉, 습윤공기 공급구(112)를 통해 공급된 습윤공기는 제1공간(110a)에 먼저 채워진 후 유입홀(132a)을 통해 카트리지 케이스(132)의 내부에 유입되고, 배출홀(132b)에서 배출된 습윤공기는 제2공간(110b)에 채워진 후 습윤공기 배출구(114)를 통해 배출된다.That is, the wet air supplied through the wet air supply port 112 is first filled in the first space 110a, and then flows into the cartridge case 132 through the inlet hole 132a, and then flows into the cartridge case 132 through the discharge hole 132b. The discharged wet air is filled in the second space 110b and then discharged through the wet air outlet 114.

이와 같이, 유입홀(132a)과 습윤공기 공급구(112)를 서로 다른 선상에 배치하고, 배출홀(132b)과 습윤공기 배출구(114)를 서로 다른 선상에 배치하는 것에 의하여, 하우징(110)의 내부에 유입된 습윤공기가 하우징(110) 외부로 곧바로 빠져나가지 않고, 하우징(110) 및 카트리지 케이스(132)의 내부에서 충분하게 머무르게 할 수 있으므로, 하우징(110)의 용량을 증가시키지 않고도 습윤공기에 의한 가습 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by arranging the inlet hole (132a) and the wet air supply port (112) on different lines, and by arranging the discharge hole (132b) and the wet air outlet port (114) on different lines, the housing 110 The wet air introduced into the inside of the housing 110 does not immediately escape to the outside of the housing 110 and can sufficiently stay inside the housing 110 and the cartridge case 132, so that wetting without increasing the capacity of the housing 110 An advantageous effect of improving the humidification efficiency by air can be obtained.

가습막(134)은 카트리지 케이스(132)의 내부에 구비되며, 내부를 따라서 건조공기가 유동하도록 구성된다.The humidification membrane 134 is provided inside the cartridge case 132 and is configured to allow dry air to flow along the inside.

일 예로, 가습막(134)은 내부를 따라 건조공기가 유동 가능한 튜브 형태의 중공사막(Hollow fiber membrane)으로 형성되며, 카트리지 케이스(132)의 내부에서 가습막(134)의 일단(입구단) 및 타단(출구단)은 포팅재에 의해 고정된다.For example, the humidification membrane 134 is formed of a hollow fiber membrane in the form of a tube through which dry air can flow, and one end (inlet end) of the humidification membrane 134 in the cartridge case 132 And the other end (exit end) is fixed by a potting material.

참고로, 가습막(134)은 중곡사막으로 형성되므로, 카트리지 케이스(132)의 내부에 공급된 수분(예를 들어, 습윤공기의 수분)은 가습막(134)의 외부에서 내부로 투과하여 건조공기에 전달될 수 있으나, 건조공기는 가습막(134)의 내부에서 가습막(134)의 외부로 투과될 수 없다.For reference, since the humidification membrane 134 is formed of Junggok desert, the moisture supplied to the inside of the cartridge case 132 (for example, moisture in wet air) is dried by passing through the humidification membrane 134 from the outside to the inside. Although it may be transmitted to the air, dry air cannot be transmitted from the inside of the humidification membrane 134 to the outside of the humidification membrane 134.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 가습막 및 카트리지 케이스를 포함하는 가습막 카트리지가 하우징의 내부에 장착된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카트리지 케이스를 적용하지 않고 가습막만을 하우징의 내부에 배치하는 것도 가능하다.In the above-described and illustrated embodiments of the present invention, a humidification membrane cartridge including a humidification membrane and a cartridge case is described as being mounted inside the housing, but according to another embodiment of the present invention, the cartridge case is not applied. It is also possible to place only the humidification membrane inside the housing without.

바이패스부(140)는 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기를 선택적으로 제2공간(110b)으로 바이패스시키도록 마련된다.The bypass unit 140 is provided to selectively bypass the wet air supplied to the first space 110a to the second space 110b.

바이패스부(140)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기를 선택적으로 제2공간(110b)으로 바이패스시키도록 구성될 수 있다.The bypass unit 140 may be configured to selectively bypass the wet air supplied to the first space 110a to the second space 110b in various ways according to required conditions and design specifications.

일 예로, 바이패스부(140)는, 제1공간(110a)의 압력이 미리 설정된 설정 압력 범위보다 높으면 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기를 제2공간(110b)으로 바이패스시키도록 구성될 수 있다.For example, when the pressure in the first space 110a is higher than a preset pressure range, the bypass unit 140 bypasses the wet air supplied to the first space 110a to the second space 110b. Can be configured.

보다 구체적으로, 바이패스부(140)는, 격벽(120)을 통과하도록 배치되며 입구는 제1공간(110a)에 배치되고 출구는 제2공간(110b)에 배치되는 제1체크밸브(142), 및 격벽(120)을 통과하도록 배치되며 입구는 제1공간(110a)에 배치되고 출구는 제2공간(110b)에 배치되는 제2체크밸브(144)를 포함한다.More specifically, the bypass unit 140 is disposed to pass through the partition wall 120, the inlet is disposed in the first space (110a), and the outlet is a first check valve 142 disposed in the second space (110b) , And a second check valve 144 disposed to pass through the partition wall 120, wherein the inlet is disposed in the first space 110a and the outlet is disposed in the second space 110b.

제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)로서는 입구의 압력이 일정 이상 되면 개방될 수 있는 통상의 체크밸브가 사용될 수 있으며, 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the first check valve 142 and the second check valve 144, a conventional check valve that can be opened when the inlet pressure is above a certain level may be used, and the first check valve 142 and the second check valve 144 The present invention is not limited or limited by the structure of ).

이하에서는, 가습막 카트리지(130)의 상단에 제1체크밸브(142)가 배치되고, 가습막 카트리지(130)의 하단에 제2체크밸브(144)가 배치된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1체크밸브 및 제2체크밸브가 가습막 카트리지의 측부에 배치되거나 여타 다른 위치에 배치되는 것이 가능하다. 다르게는, 바이패스부가 3개 이상의 체크밸브를 포함하는 것도 가능하다.Hereinafter, an example in which the first check valve 142 is disposed at the upper end of the humidification membrane cartridge 130 and the second check valve 144 is disposed at the lower end of the humidification membrane cartridge 130 will be described. According to another embodiment of the present invention, the first check valve and the second check valve may be disposed on the side of the humidification membrane cartridge or may be disposed at other positions. Alternatively, it is also possible for the bypass portion to include three or more check valves.

일 예로, 도 5를 참조하면, 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)는 제1공간(110a)의 압력이 미리 설정된 설정 압력 범위보다 높으면 동시에 개방될 수 있다.For example, referring to FIG. 5, the first check valve 142 and the second check valve 144 may be simultaneously opened when the pressure in the first space 110a is higher than a preset pressure range.

제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)가 개방된 상태에서는, 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기 중 일부가 가습막 카트리지(130)를 거치지 않고, 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)를 통해 제2공간(110b)으로 곧바로 바이패스될 수 있으므로, 연료전지 스택(200)으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시킬 수 있다.When the first check valve 142 and the second check valve 144 are open, some of the wet air supplied to the first space 110a does not pass through the humidification membrane cartridge 130, and the first check valve ( Since it can be directly bypassed to the second space 110b through the 142 and the second check valve 144, it is possible to reduce the amount of humidification of the incoming gas supplied to the fuel cell stack 200.

다른 일 예로, 도 6을 참조하면, 바이패스부(140)는, 격벽(120)을 통과하도록 가습막 카트리지(130)의 상단에 배치되며, 입구는 제1공간(110a)에 배치되고 출구는 제2공간(110b)에 배치되는 제1체크밸브(142)만을 포함하는 것도 가능하다. 제1체크밸브(142)가 개방된 상태에서는, 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기 중 일부가 가습막 카트리지(130)를 거치지 않고, 곧바로 제1공간(110a)으로 바이패스될 수 있으므로, 연료전지 스택(200)으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시킬 수 있다.As another example, referring to FIG. 6, the bypass unit 140 is disposed at the top of the humidification membrane cartridge 130 to pass through the partition wall 120, the inlet is disposed in the first space 110a and the outlet is It is also possible to include only the first check valve 142 disposed in the second space 110b. When the first check valve 142 is open, some of the humid air supplied to the first space 110a can be bypassed directly to the first space 110a without passing through the humidification membrane cartridge 130. , It is possible to reduce the amount of humidification of the inlet gas supplied to the fuel cell stack 200.

다른 일 예로, 도 7을 참조하면, 바이패스부(140)는, 격벽(120)을 통과하도록 가습막 카트리지(130)의 하단에 배치되며, 입구는 제1공간(110a)에 배치되고 출구는 제2공간(110b)에 배치되는 제2체크밸브(144)만을 포함하는 것도 가능하다. 제2체크밸브(144)가 개방된 상태에서는, 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기 중 일부가 가습막 카트리지(130)를 거치지 않고, 곧바로 제1공간(110a)으로 바이패스될 수 있으므로, 연료전지 스택(200)으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시킬 수 있다.As another example, referring to FIG. 7, the bypass unit 140 is disposed at the lower end of the humidification membrane cartridge 130 to pass through the partition wall 120, the inlet is disposed in the first space 110a and the outlet is It is also possible to include only the second check valve 144 disposed in the second space 110b. When the second check valve 144 is open, some of the wet air supplied to the first space 110a may be bypassed directly to the first space 110a without passing through the humidification membrane cartridge 130. , It is possible to reduce the amount of humidification of the inlet gas supplied to the fuel cell stack 200.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144)가 제1공간(110a)의 압력에 따라 동시에 개방되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1체크밸브와 제2체크밸브가 제1공간의 압력 변화에 대응하여 순차적으로 개방되도록 구성하는 것도 가능하다.In the above-described and illustrated embodiments of the present invention, an example in which the first check valve 142 and the second check valve 144 are simultaneously opened according to the pressure in the first space 110a is described. According to the embodiment, it is also possible to configure the first check valve and the second check valve to be sequentially opened in response to a pressure change in the first space.

보다 구체적으로, 제1공간(110a)의 압력이 제1설정 압력 범위이면, 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144) 중 어느 하나(예를 들어, 제1체크밸브)만이 먼저 개방되고, 제1공간(110a)의 압력이 제1설정 압력 범위와 다른 제2설정 압력 범위(예를 들어, 제1설정 압력 범위보다 높은 압력 범위)이면, 제1체크밸브(142)와 제2체크밸브(144) 중 나머지 하나(예를 들어, 제2체크밸브)가 마저 개방될 수 있다.More specifically, if the pressure in the first space 110a is within the first set pressure range, only one of the first check valve 142 and the second check valve 144 (for example, the first check valve) is first When the pressure in the first space 110a is a second set pressure range different from the first set pressure range (eg, a pressure range higher than the first set pressure range), the first check valve 142 and the first The other of the two check valves 144 (for example, the second check valve) may be even opened.

이와 같이, 제1공간(110a)의 압력 변화에 대응하여, 제1공간(110a)에 공급된 습윤공기가 선택적으로 제2공간(110b)으로 바이패스되도록 하는 것에 의하여, 운전 조건에 따라 가습량을 정확하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, in response to the pressure change in the first space 110a, the humidified air supplied to the first space 110a is selectively bypassed to the second space 110b, thereby reducing the amount of humidification according to the operating conditions. It is possible to obtain an advantageous effect of accurately controlling

무엇보다도, 하우징(110)의 내부에 제1체크밸브(142) 및 제2체크밸브(144)를 마련하는 것에 의하여, 기존 가습기(100) 구조를 크게 변경하거나, 바이패스 유로를 별도로 마련하지 않고도, 운전 조건에 따라 유입가스의 가습량을 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.First of all, by providing the first check valve 142 and the second check valve 144 inside the housing 110, the structure of the existing humidifier 100 is not significantly changed or a bypass flow path is provided. , It is possible to obtain an advantageous effect of controlling the amount of humidification of the incoming gas according to the operating conditions.

따라서, 고출력 운전시 연료전지 스택내 가습이 충분한 상태에서는 연료전지 스택으로 공급되는 유입가스의 가습량을 저감시킬 수 있으며, 연료전지 스택의 과가습에 의한 성능 및 효율 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Therefore, when humidification in the fuel cell stack is sufficient during high-power operation, the amount of humidification of the inflow gas supplied to the fuel cell stack can be reduced, and advantageous effects of preventing performance and efficiency degradation due to over-humidification of the fuel cell stack can be obtained. have.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can change it.

100 : 가습기
110 : 하우징
110a : 제1공간
110b : 제2공간
112 : 습윤공기 공급구
114 : 습윤공기 배출구
120 : 격벽
130 : 가습막 카트리지
132 : 카트리지 케이스
134 : 가습막
132a : 유입홀
132b : 배출홀
140 : 바이패스부
142 : 제1체크밸브
144 : 제2체크밸브
200 : 연료전지 스택100: humidifier
110: housing
110a: first space
110b: second space
112: wet air supply port
114: wet air outlet
120: bulkhead
130: humidification membrane cartridge
132: cartridge case
134: humidification membrane
132a: inlet hole
132b: discharge hole
140: bypass part
142: first check valve
144: second check valve
200: fuel cell stack

Claims (8)

일측에는 연료전지 스택으로부터 습윤공기가 공급되는 습윤공기 공급구가 형성되고, 다른 일측에는 습윤공기 배출구가 형성된 하우징;
상기 하우징의 내부 공간을, 상기 습윤공기 공급구와 연통되는 제1공간과, 상기 습윤공기 배출구와 연통되는 제2공간으로 구획하는 격벽;
상기 격벽을 통과하도록 상기 하우징의 내부에 구비되며, 건조공기가 통과하는 가습막; 및
상기 제1공간에 공급된 상기 습윤공기를 선택적으로 상기 제2공간으로 바이패스시키는 바이패스부;
를 포함하는 연료전지용 가습기.
A housing having a wet air supply port through which wet air is supplied from the fuel cell stack is formed on one side, and a wet air discharge port is formed on the other side;
A partition wall partitioning the inner space of the housing into a first space communicating with the wet air supply port and a second space communicating with the wet air outlet;
A humidification membrane provided inside the housing so as to pass through the partition wall and through which dry air passes; And
A bypass unit selectively bypassing the wet air supplied to the first space to the second space;
Fuel cell humidifier comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 바이패스부는, 상기 제1공간의 압력이 미리 설정된 설정 압력 범위보다 높으면 상기 제1공간에 공급된 상기 습윤공기를 상기 제2공간으로 바이패스시키는 연료전지용 가습기.
The method of claim 1,
The bypass unit, when the pressure of the first space is higher than a preset pressure range, the humidifier for a fuel cell bypassing the wet air supplied to the first space to the second space.
 제2항에 있어서,
상기 바이패스부는, 상기 격벽을 통과하도록 배치되며, 입구는 상기 제1공간에 배치되고 출구는 상기 제2공간에 배치되는 제1체크밸브를 포함하는 연료전지용 가습기.
The method of claim 2,
The by-pass unit is disposed to pass through the partition wall, the inlet is disposed in the first space and the outlet is a fuel cell humidifier comprising a first check valve disposed in the second space.
 제3항에 있어서,
상기 바이패스부는, 상기 격벽을 통과하도록 배치되며, 입구는 상기 제1공간에 배치되고 출구는 상기 제2공간에 배치되는 제2체크밸브를 포함하는 연료전지용 가습기.
The method of claim 3,
The by-pass unit is disposed to pass through the partition wall, the inlet is disposed in the first space and the outlet is a fuel cell humidifier including a second check valve disposed in the second space.
 제4항에 있어서,
상기 제1체크밸브와 상기 제2체크밸브는 상기 제1공간의 압력이 상기 설정 압력 범위보다 높으면 동시에 개방되는 연료전지용 가습기.
The method of claim 4,
The first check valve and the second check valve are simultaneously opened when the pressure in the first space is higher than the set pressure range.
 제4항에 있어서,
상기 제1공간의 압력이 제1설정 압력 범위이면, 상기 제1체크밸브와 상기 제2체크밸브 중 어느 하나만이 개방되고,
상기 제1공간의 압력이 상기 제1설정 압력 범위와 다른 제2설정 압력 범위이면, 상기 제1체크밸브와 상기 제2체크밸브가 함께 개방되는 연료전지용 가습기.
The method of claim 4,
When the pressure in the first space is within the first set pressure range, only one of the first check valve and the second check valve is opened,
When the pressure in the first space is a second set pressure range different from the first set pressure range, the first check valve and the second check valve are opened together.
 제1항에 있어서,
상기 가습막이 내부에 수용되며, 상기 격벽을 통과하도록 상기 하우징의 내부에 구비되되, 일측에 형성된 유입홀은 상기 제1공간에 배치되고, 다른 일측에 형성된 배출홀은 상기 제2공간에 배치되는 카트리지 케이스를 포함하는 연료전지용 가습기.
The method of claim 1,
The humidification membrane is accommodated therein and provided inside the housing so as to pass through the partition wall, the inlet hole formed on one side is disposed in the first space, and the discharge hole formed on the other side is a cartridge disposed in the second space Fuel cell humidifier including a case.
 제7항에 있어서,
상기 유입홀은 상기 습윤공기 공급구와 다른 선상에 배치되고, 상기 배출홀은 상기 습윤공기 배출구와 다른 선상에 배치되되,
상기 습윤공기 공급구로 공급된 상기 습윤공기는 상기 제1공간을 거쳐 상기 유입홀에 유입되고,
상기 배출홀에서 배출된 상기 습윤공기는 상기 제2공간을 거쳐 상기 습윤공기 배출구로 배출되는 연료전지용 가습기.
The method of claim 7,
The inlet hole is disposed on a different line from the wet air supply port, and the discharge hole is disposed on a different line from the wet air outlet,
The wet air supplied to the wet air supply port flows into the inlet hole through the first space,
The humidifier for a fuel cell is discharged from the discharge hole through the wet air through the second space to the wet air outlet.
KR1020190088359A 2019-07-22 2019-07-22 Humidifier for fuel cell KR20210011204A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190088359A KR20210011204A (en) 2019-07-22 2019-07-22 Humidifier for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190088359A KR20210011204A (en) 2019-07-22 2019-07-22 Humidifier for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210011204A true KR20210011204A (en) 2021-02-01

Family

ID=74571484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190088359A KR20210011204A (en) 2019-07-22 2019-07-22 Humidifier for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210011204A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220181649A1 (en) * 2020-05-22 2022-06-09 Kolon Industries, Inc. Gasket assembly and fuel cell humidifier including same
WO2022191610A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022191606A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022191608A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Membrane humidifier for fuel cell
WO2023033343A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2023239058A1 (en) * 2022-06-10 2023-12-14 코오롱인더스트리 주식회사 Mid-case of humidifier for fuel cell and humidifier for fuel cell

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220181649A1 (en) * 2020-05-22 2022-06-09 Kolon Industries, Inc. Gasket assembly and fuel cell humidifier including same
US11870109B2 (en) * 2020-05-22 2024-01-09 Kolon Industries, Inc. Gasket assembly and fuel cell humidifier including same
WO2022191610A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022191606A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022191608A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-15 코오롱인더스트리 주식회사 Membrane humidifier for fuel cell
WO2023033343A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2023239058A1 (en) * 2022-06-10 2023-12-14 코오롱인더스트리 주식회사 Mid-case of humidifier for fuel cell and humidifier for fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210011204A (en) Humidifier for fuel cell
CA2490877C (en) Humidity controlled solid polymer electrolyte fuel cell assembly
US10950878B2 (en) Humidifier for a fuel cell
JP7016388B2 (en) Humidifier for fuel cells
JP3596332B2 (en) Operating method of stacked fuel cell, stacked fuel cell, and stacked fuel cell system
KR102430847B1 (en) Membrane-Type Humidifier for Fuel Cell and Fuel Cell System Comprising The Same
KR101481244B1 (en) Humidification apparatus for fuel cell system
KR20200101590A (en) Humidifier for a fuel cell
KR20210004152A (en) Humidifier for fuel cell
JP7438692B2 (en) Humidifier for fuel cells
KR101127004B1 (en) Fuel cell stack with internal membrane humidifier
KR20210142497A (en) Humidifier for fuel cell
KR20220069707A (en) Humidifier for fuel cell
KR102673291B1 (en) Humidifier for fuel cell
KR20210128582A (en) Humidifier for fuel cell
KR20220076810A (en) Water trap apparatus for fuel cell
US11641021B2 (en) Humidifier for fuel cell
KR20220079285A (en) Fuel cell system
US20240055626A1 (en) Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising same
KR20230071557A (en) Fuel cell system
KR20240042787A (en) Fuel cell system
KR20220007433A (en) Humidifier for fuel cell
KR20230170220A (en) Humidifier for Fuel Cell and Mid-case of Humidifier for Fuel Cell
KR20230166705A (en) Fuel cell system
KR20230170221A (en) Humidifier for Fuel Cell and Mid-case of Humidifier for Fuel Cell

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination