KR102182982B1 - Membrane humidifier for fuel cell - Google Patents
Membrane humidifier for fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR102182982B1 KR102182982B1 KR1020180138900A KR20180138900A KR102182982B1 KR 102182982 B1 KR102182982 B1 KR 102182982B1 KR 1020180138900 A KR1020180138900 A KR 1020180138900A KR 20180138900 A KR20180138900 A KR 20180138900A KR 102182982 B1 KR102182982 B1 KR 102182982B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- hollow fiber
- humidifier
- membrane
- reaction gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 19
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 49
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명의 연료전지용 막가습기는, 반응가스 유입구를 가진 하우징, 상기 하우징 내에 고정된 중공사막 다발, 및 상기 반응가스 유입구와 상기 중공사막 다발 사이에 배치되는 가스분산부재를 포함한다.
본 발명의 연료전지용 막가습기에 의하면, 유입되는 반응가스가 가습기 내에 구비된 모든 중공사막들에 균일하게 전달되도록 안내하기 때문에 가습기 내의 모든 중공사막들을 균등하게 활용할 수 있다.The membrane humidifier for a fuel cell of the present invention includes a housing having a reaction gas inlet, a bundle of hollow fiber membranes fixed in the housing, and a gas dispersing member disposed between the reaction gas inlet and the bundle of hollow fiber membranes.
According to the membrane humidifier for a fuel cell of the present invention, all hollow fiber membranes in the humidifier can be evenly utilized because the incoming reaction gas is guided to be uniformly delivered to all hollow fiber membranes provided in the humidifier.
Description
본 발명은 연료전지용 막가습기에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane humidifier for a fuel cell.
연료전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배가량 높다는 장점이 있다. 또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료전지는 환경 친화적일뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.A fuel cell is a power generation type battery that generates electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as dry cells and storage cells, fuel cells have the advantage that they can continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, and are twice as efficient as internal combustion engines because there is no heat loss. In addition, since chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy, emission of pollutants is low. Therefore, the fuel cell is not only environmentally friendly, but also has the advantage of reducing the worries about resource depletion due to increased energy consumption.
이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료전지(MCFC), 고체 산화물형 연료전지(SOFC), 및 알칼리형 연료전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료전지는 다른 연료전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.Depending on the type of electrolyte used, these fuel cells are largely divided into a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and a solid oxide fuel cell. SOFC), and alkaline fuel cells (AFC). Each of these fuel cells basically operates on the same principle, but the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, etc. are different from each other. Among them, polymer electrolyte fuel cells are known to be the most promising in transportation systems as well as small-scale stationary power generation equipment because they operate at a lower temperature than other fuel cells and can be downsized because of their high power density.
고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer Eletrolyte 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 supplying a certain amount of moisture to the polymer electrolyte membrane (Polymer Eletrolyte Membrane or Proton Exchange Membrane: PEM) of the membrane-electrode assembly (MEA). By doing this, the moisture content is maintained. This is because, when the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency rapidly decreases.
고분자 전해질 막을 가습하는 방법의 하나로서, 고분자 분리막을 이용하여 유동 가스에 수분을 공급하는 가습막 방식이 있다.As one of the methods of humidifying a polymer electrolyte membrane, there is a humidification membrane method in which moisture is supplied to a flowing gas using a polymer separator.
가습 막 방식은 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 배기 가스 중의 수증기를 고분자 전해질 막에 제공하는 방식으로서, 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.The humidification membrane method is a method of providing water vapor in the exhaust gas to the polymer electrolyte membrane by using a membrane that selectively permeates only water vapor contained in the exhaust gas, and 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 연료전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.The selective permeable membrane used in the humidification membrane method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeable area per unit volume when forming a module. That is, when manufacturing a humidifier using a hollow fiber membrane, high integration of the hollow fiber membrane with a wide contact surface area is possible, so that the fuel cell can be sufficiently humidified even with a small capacity, and low-cost materials can be used, and the fuel cell discharges it at high temperatures. It has the advantage that it can be reused through a humidifier by recovering moisture and heat contained in the unreacted gas.
종래의 연료전지용 가습기는 중공사막 다발을 내장하는 하우징을 포함한다. 하우징의 일측에는 연료전지로 공급될 반응가스, 즉 가습될 반응가스가 유입되는 유입구가 형성되어 있고, 하우징의 타측에는 반응가스를 연료전지로 공급하기 위한 배출구가 형성되어 있다.A conventional humidifier for a fuel cell includes a housing containing a bundle of hollow fiber membranes. One side of the housing is formed with an inlet through which the reaction gas to be supplied to the fuel cell, that is, the reaction gas to be humidified, is introduced, and the other side of the housing is formed with an outlet for supplying the reaction gas to the fuel cell.
이와 같은 구조를 가진 연료전지용 가습기의 경우, 유입구를 통해 유입된 가스는 중공사막 다발 전체로 균일하게 분사되지 않는 문제점이 있다. 즉, 유입되는 가스의 대부분이 그 직진성을 유지하며 중공사막 다발로 흐르기 때문에, 중공사막 다발 중 중심부에 위치한 중공사막들만이 실제 가습에 이용되고, 주변부에 위치한 중공사막들은 반응가스의 가습에 기여하는 정도가 미미하다. 따라서, 가습기 내의 중공사막 다발 전체가 균등하게 활용되지 못하고, 이는 결국 가습기의 가습 성능 저하 문제를 야기한다.In the case of a fuel cell humidifier having such a structure, there is a problem in that the gas introduced through the inlet is not uniformly injected to the entire hollow fiber membrane bundle. In other words, since most of the incoming gas maintains its straightness and flows in the hollow fiber membrane bundle, only the hollow fiber membranes located in the center of the hollow fiber membrane bundle are actually used for humidification, and the hollow fiber membranes located in the periphery contribute to the humidification of the reaction gas. The degree is insignificant. Therefore, the entire bundle of hollow fiber membranes in the humidifier is not used equally, which in turn causes a problem of deteriorating humidification performance of the humidifier.
본 발명은 가습기 내에 구비된 모든 막들을 균등하게 활용하고, 가습되어야 할 반응가스와 접촉하는 막의 면적을 최대화함으로써, 우수한 가습 성능을 나타내는 연료전지용 가습기를 제공하는 것이다.The present invention provides a fuel cell humidifier exhibiting excellent humidification performance by equally utilizing all membranes provided in the humidifier and maximizing the area of the membrane in contact with the reaction gas to be humidified.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지용 막가습기는, 반응가스 유입구를 가진 하우징, 상기 하우징 내에 고정된 중공사막 다발, 및 상기 반응가스 유입구와 상기 중공사막 다발 사이에 배치되는 가스분산부재를 포함한다.A membrane humidifier for a fuel cell of the present invention for achieving the above object includes a housing having a reaction gas inlet, a bundle of hollow fiber membranes fixed in the housing, and a gas dispersing member disposed between the reaction gas inlet and the bundle of hollow fiber membranes. do.
상기 가스분산부재는 소정 간격으로 배열되는 복수의 관통공이 형성된 가스분산판일 수 있다.The gas distribution member may be a gas distribution plate having a plurality of through-holes arranged at predetermined intervals.
상기 복수의 관통공은 상기 가스분산판의 중심에서 외측으로 갈수록 간격이 점점 작아질 수 있다.The plurality of through-holes may have a smaller distance from the center of the gas distribution plate toward the outside.
상기 복수의 관통공은 상기 가스분산판의 중심에서 외측으로 갈수록 크기가 점점 커질 수 있다.The plurality of through-holes may increase in size from the center of the gas distribution plate toward the outside.
상기 가스분산부재는 중심에 배치되는 허브부와, 상기 허브부의 외측으로 연장되어 상기 하우징의 내면에 지지되는 복수의 지지대와, 상기 허브부의 상류측에 마련되어 반응가스의 유동을 안내하는 가이드부를 포함하는 가스분산가이드일 수 있다.The gas dispersing member includes a hub portion disposed at the center, a plurality of supports extending outward of the hub portion and supported on the inner surface of the housing, and a guide portion provided on an upstream side of the hub portion to guide the flow of the reaction gas. It may be a gas dispersion guide.
상기 가이드부는 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 형성될 수 있다.The guide portion may be formed in a conical or polygonal pyramid shape.
상기한 연료전지용 가습기에 의하면, 유입되는 반응가스가 가습기 내에 구비된 모든 막들에 균일하게 전달되기 때문에 가습기 내의 모든 막들을 균등하게 활용할 수 있다. 즉, 가습되어야 할 반응가스와 접촉하는 가습기 내의 막의 면적을 최대화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지용 가습기는 향상된 가습 성능을 나타내게 된다.According to the above-described humidifier for a fuel cell, since the incoming reaction gas is uniformly delivered to all membranes provided in the humidifier, all membranes in the humidifier can be used equally. In other words, it is possible to maximize the area of the film in the humidifier in contact with the reaction gas to be humidified. Accordingly, the fuel cell humidifier of the present invention exhibits improved humidification performance.
또한, 연료전지로부터 공급되는 수분을 함유한 미반응 가스가 가습기 내의 막들에 균등하게 제공됨으로써 막의 오염 현상이 어느 한 곳에 집중되지 않고 모든 막에 골고루 발생하게 되고, 결과적으로 막의 오염을 최대한 지연시켜 막의 교체 주기를 늘리는 효과를 나타낸다.In addition, unreacted gas containing moisture supplied from the fuel cell is evenly provided to the membranes in the humidifier, so that the membrane contamination phenomenon is not concentrated in any one place and occurs evenly in all membranes. As a result, the membrane contamination is delayed as much as possible. It has the effect of increasing the replacement cycle.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
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 intended to illustrate specific embodiments and to be described in detail in the detailed description, since various transformations can be applied and various embodiments can be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present 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.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as'comprise' or'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 연료전지용 막가습기는 반응가스 유입구(111)를 가진 하우징(110), 하우징 내에 고정된 중공사막(120) 다발, 반응가스 유입구와 중공사막 다발 사이에 배치되는 가스분산부재(140)를 포함한다.The membrane humidifier for a fuel cell of the present invention comprises a
하우징(110)은 중공사막(120)에 수직인 평면으로 자르면 사각형 또는 원형 내지 타원형 단면을 가질 수 있다. 하우징(110)의 일측에는 연료전지로 공급될 반응가스가 유입되는 제1유입구(111)가 형성되고, 하우징(110)의 타측에는 반응가스를 연료전지로 공급하기 위한 제1유출구(112)가 형성되어 있다.When the
중공사막(120) 다발의 양 말단 부분들은 하우징(110) 내에 각각 접착제(130)에 의해 고정되어 있다. 접착제(130)는 제1유입구(111) 및 제1유출구(112)와 하우징(110)의 중앙부 사이의 공기의 흐름을 각각 차단한다.Both end portions of the bundle of the
중공사막(120) 다발의 양 말단들은 개방되어 있으므로, 중공사막(120) 다발의 중공부들은 제1유입구(111) 및 제1유출구(112)에 각각 연통되어 있다. 따라서, 제1유입구(111)를 통해 유입된 반응가스는 가습기용 중공사막(120)의 중공부만을 통해 제1유출구(112)가 형성되어 있는 하우징(110)의 타측으로 이동할 수 있다.Since both ends of the bundle of the
한편, 하우징(110)의 중앙부에는 연료전지로부터 배출되는 수분 함유 미반응 가스가 유입되는 제2유입구(113) 및 제2유입구(113)를 통해 하우징(110)의 중앙부로 유입된 미반응 가스를 배출하기 위한 제2유출구(114)가 각각 형성되어 있다.Meanwhile, the unreacted gas flowing into the central portion of the
상기 제1유입구(111)와 상기 중공사막(120) 다발 사이에는 가스분산부재(gas distributor)가 배치된다. 가스분산부재는 하우징(110) 내표면에 밀착 고정되어 있다. A gas distributor is disposed between the
상기 가스분산부재는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 간격으로 배열되는 복수의 관통공(142)이 형성된 가스분산판(140)일 수 있다.The gas dispersing member may be a
제1유입구(111)를 통해 유입되는 가스가 중공사막(120) 다발로 흘러갈 수 있도록 가스분산판(140)에는 복수의 관통공(142)이 형성되어 있다. 따라서, 가스분산판(140)의 일면에 부딪힌 가스는 근접하게 위치한 관통공(142)을 통해 중공사막(120) 다발로 흘러가게 되고, 결과적으로 하우징(110) 내에 고정된 중공사막(120) 다발 전체로 가스가 균일하게 전달될 수 있다.A plurality of through-
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 제2유입구(113)는 제1유출구(112)와 인접한 부위에 형성되고, 상기 제2유출구(114)는 제1유입구(111)와 인접한 부위에 형성될 수 있다. 이에 따라 하우징(110)의 내부에 위치하는 중공사막(120)의 전체에 걸쳐 미반응 가스에 함유된 수분을 충분히 투과시킬 수 있다.According to the first embodiment of the present invention, the
즉, 제1유입구(111)로부터 제1유출구(112)로 이동하는 반응가스의 경우 제1유입구(111) 측에서는 그 습도가 낮으나 중공사막(120)을 통해 미반응 가스로부터 수분이 지속적으로 공급되기 때문에 제1유출구(112) 측으로 갈수록 그 습도가 증가하게 된다. 따라서, 제1유입구(111) 측에 위치하는 중공사막(120) 부분에는 상대적으로 낮은 습도의 미반응 가스가 접촉하고, 제1유출구(112) 측에 위치하는 중공사막(120) 부분에는 상대적으로 높은 습도의 미반응 가스가 접촉하도록 함으로써 중공사막(120) 전체 부분에 걸쳐 균일한 수분 투과를 달성할 수 있다.That is, in the case of the reaction gas moving from the
본 발명의 일실시예에 따른 가습기용 중공사막(220)은 친수성 고분자 막을 포함한다. 가습기를 통하여 연료전지 스택으로 유입되는 공기가 가지고 있는 산소의 분압이 유지되어야 연료전지 성능이 저하되지 않기 때문에 고분자 막은 수분만을 선택적으로 투과시킬 수 있어야 한다.The hollow fiber membrane 220 for a humidifier according to an embodiment of the present invention includes a hydrophilic polymer membrane. Since the fuel cell performance is not degraded only when the partial pressure of oxygen contained in the air flowing into the fuel cell stack through the humidifier is maintained, the polymer membrane must be able to selectively permeate only moisture.
가습기용 중공사막(220)에서 사용되는 친수성 고분자 막의 소재로서 대표적인 것은 Dupont사가 개발한 나피온(NafionTM)이다. 이외에도 폴리설폰, 폴리페닐설폰, 폴리이써이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 등의 단일막 또는 이들 중 2 이상이 혼합된 복합막이 연료전지용 가습막으로 이용될 수 있다.A representative material of the hydrophilic polymer membrane used in the humidifier hollow fiber membrane 220 is Nafion TM developed by Dupont. In addition, a single film such as polysulfone, polyphenyl sulfone, polyetherimide, polyamideimide, and polyimide, or a composite film in which two or more of them are mixed may be used as a humidification film for a fuel cell.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 막가습기에서, 복수의 관통공(152)은 가스분산판(150)의 중심에서 외측으로 갈수록 간격이 점점 작아지는 것이 바람직하다.In the membrane humidifier for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention, it is preferable that the plurality of through-
상기 제1유입구(111)를 통해 유입되는 반응가스는 그 직진성 때문에 가스분산판(150)에서 제1유입구(111)와 마주보는 중앙부에 대부분이 부딛치게 된다. 그래서, 복수의 관통공(152)은 그 단면적 크기는 동일하되 가스분산판(150)의 중앙부에서 관통공들의 간격이 가장 크고 가장자리로 갈수록 관통공들의 간격이 점점 작아지도록 형성된다. 그럼으로써 가스분산판(150)을 통과한 후 중공사막(120) 다발로 유입되는 반응가스가 균일하게 유입될 수 있도록 한다.Most of the reaction gas flowing through the
제2실시예에 따른 연료전지용 막가습기의 나머지 구조는 제1실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The rest of the structure of the membrane humidifier for a fuel cell according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus redundant descriptions will be omitted.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 막가습기에서, 복수의 관통공(152)은 가스분산판(150)의 중심에서 외측으로 갈수록 크기가 점점 커지는 것이 바람직하다.In the membrane humidifier for a fuel cell according to the third embodiment of the present invention, it is preferable that the plurality of through
즉, 가스분산판(150)에 형성되는 복수의 관통공(152)은 제1유입구(111)와 마주보는 가스분산판(150)의 중앙부에서 그 단면적 크기가 가장 작고 가장자리로 갈수록 관통공(152)들의 단면적 크기가 점점 커지도록 형성된다. 그럼으로써 가스분산판(150)을 통과한 후 중공사막(120) 다발로 유입되는 반응가스가 균일하게 유입될 수 있도록 한다.That is, the plurality of through-
제3실시예에 따른 연료전지용 막가습기의 나머지 구조는 제1실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The rest of the structure of the membrane humidifier for a fuel cell according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus redundant descriptions will be omitted.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 막가습기를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 막가습기에서, 가스분산부재는 중심에 배치되는 허브부(162)와, 허브부의 외측으로 연장되어 하우징(110)의 내면에 지지되는 복수의 지지대(164)와, 허브부의 상류측에 마련되어 반응가스의 유동을 안내하는 가이드부(166)를 포함하는 가스분산가이드(160)인 것이 바람직하다.In the membrane humidifier for a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention, the gas dispersing member includes a
허브부(162)는 하우징(110)의 내부 중앙에 배치되고, 원형 또는 다각형 플레이트로 형성되어 제1유입구(111)를 통해 유입되는 반응가스를 막는 역할을 한다.The
허브부(162)의 외주면에는 복수의 지지대(164)가 방사상으로 연장되어, 가스분산가이드(160)를 하우징(110)의 내부에 고정하도록 지지한다. 지지대(164)는 그 단부로 갈수록 폭이 작아지는 형태로 이루어질 수 있으나, 일정한 폭을 갖도록 형성될 수도 있다. 이 복수의 지지대(164) 사이로 반응가스가 유동하게 된다.A plurality of
허브부(162)의 상류측에 마련되는 가이드부(166)는 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 형성될 수 있다. 가이드부(166)는 제1유입구(111)를 통해 유입되는 반응가스가 복수의 지지대(164) 사이로 유동하도록 안내한다.The guide portion 166 provided on the upstream side of the
가스분산가이드(160)는 제1유입구(111)를 통해 유입되는 반응가스의 유동을 확장시켰다가 중공사막(120) 다발로 균일하게 유입되도록 안내할 수 있다.The
제4실시예에 따른 연료전지용 막가습기의 나머지 구조는 제1실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The rest of the structure of the membrane humidifier for a fuel cell according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, and thus redundant descriptions will be omitted.
본 발명의 연료전지용 막가습기에 의하면, 유입되는 반응가스가 가습기 내에 구비된 모든 중공사막들에 균일하게 전달되도록 안내하기 때문에 가습기 내의 모든 중공사막들을 균등하게 활용할 수 있다.According to the membrane humidifier for a fuel cell of the present invention, all hollow fiber membranes in the humidifier can be evenly utilized because the incoming reaction gas is guided to be uniformly delivered to all hollow fiber membranes provided in the humidifier.
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.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the relevant technical field add, change, delete or add components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes can be made to the present invention by means of the like, and it will be said that this is also included within the scope of the present invention.
100: 막가습기 110: 하우징
111: 제1유입구 112: 제1유출구
113: 제2유입구 114: 제2유출구
120: 중공사막 130: 접착제
140: 가스분산판(제1실시예) 142: 관통공
150: 가스분산판(제2실시예) 152: 관통공
160: 가스분산가이드(제3실시예) 162: 허브부
164: 지지대 166: 가이드부100: membrane humidifier 110: housing
111: first inlet 112: first outlet
113: second inlet 114: second outlet
120: hollow fiber membrane 130: adhesive
140: gas distribution plate (first embodiment) 142: through hole
150: gas distribution plate (second embodiment) 152: through hole
160: gas dispersion guide (third embodiment) 162: hub portion
164: support 166: guide portion
Claims (6)
상기 하우징 내에 고정되어 반응가스가 내부로 통과하는 중공사막 다발; 및
상기 제1유입구와 상기 중공사막 다발 사이에 배치되는 가스분산가이드를 포함하고,
상기 가스분산가이드는 중심에 배치되는 원형 플레이트 형태의 허브부와, 상기 허브부의 외측으로 연장되고 외측 단부로 갈수록 폭이 작아지는 형태로 이루어져 상기 하우징의 내면에 지지되는 복수의 지지대와, 상기 허브부의 상류측에 마련되고 원뿔 형상으로 형성되어 반응가스의 유동을 안내하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
A housing formed on one side and having a first inlet through which dry reaction gas to be supplied to the fuel cell flows in, and a second inlet formed on the other side to supply the reaction gas to the fuel cell;
A bundle of hollow fiber membranes fixed in the housing and through which reaction gas passes; And
And a gas dispersion guide disposed between the first inlet and the hollow fiber membrane bundle,
The gas distribution guide includes a hub portion in the form of a circular plate disposed at the center, a plurality of supports supported on the inner surface of the housing, and the hub portion extending outward of the hub portion and decreasing in width toward the outer end thereof. Membrane humidifier for a fuel cell, characterized in that it comprises a guide provided on the upstream side and formed in a conical shape to guide the flow of the reaction gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180138900A KR102182982B1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Membrane humidifier for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180138900A KR102182982B1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Membrane humidifier for fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200055346A KR20200055346A (en) | 2020-05-21 |
| KR102182982B1 true KR102182982B1 (en) | 2020-11-26 |
Family
ID=70910368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180138900A Active KR102182982B1 (en) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | Membrane humidifier for fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102182982B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102554745B1 (en) * | 2021-07-23 | 2023-07-13 | 엔브이에이치코리아(주) | Membrane humidifier for fuel cell |
| KR20240099827A (en) * | 2022-12-22 | 2024-07-01 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Cartridge of Humidifier for Fuel Cell and Humidifier for Fuel Cell |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004245456A (en) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | Humidifier |
| KR100911519B1 (en) * | 2007-08-29 | 2009-08-10 | 현대자동차주식회사 | Automotive Fuel Cell Humidification System |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100108092A (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-06 | 주식회사 코오롱 | Humidifier for fuel cell |
-
2018
- 2018-11-13 KR KR1020180138900A patent/KR102182982B1/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004245456A (en) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | Humidifier |
| KR100911519B1 (en) * | 2007-08-29 | 2009-08-10 | 현대자동차주식회사 | Automotive Fuel Cell Humidification System |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200055346A (en) | 2020-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101278398B1 (en) | Hollow Fiber Membrane and Method for Manufacturing The Same | |
| KR20100108092A (en) | Humidifier for fuel cell | |
| KR101375447B1 (en) | Humidifier for Fuel Cell | |
| KR102170523B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
| KR20090128005A (en) | Humidification system for fuel cell and fuel cell system using same | |
| KR20090057773A (en) | Humidifier for fuel cell with improved cold resistance | |
| JP2004031134A (en) | Solid polymer cell assembly | |
| KR102252042B1 (en) | Assembly type cartridge block and hollow fiber membrane module comprising thereof | |
| JP2009218197A (en) | Humidifying device of fuel cell | |
| US20090004521A1 (en) | Alkaline fuel cell | |
| US20240322196A1 (en) | Fuel cell membrane humidifier | |
| KR102248995B1 (en) | Hollow fiber cartridge capable of controlling flow direction of fluid and fuel cell membrane humidifier comprising it | |
| JP7092946B2 (en) | Membrane humidifier for fuel cells including multi-channel hollow fiber membrane | |
| KR102006140B1 (en) | Fluid exchange membrane module | |
| KR102182982B1 (en) | Membrane humidifier for fuel cell | |
| KR102017256B1 (en) | Fluid exchange membrane module | |
| EP3734730B1 (en) | Fuel cell membrane humidifier capable of controlling flow direction of fluid | |
| KR102819950B1 (en) | Cartridge of Humidifier for Fuel Cell and Humidifier for Fuel Cell | |
| KR20150078541A (en) | Fluid exchange membrane module | |
| JP2023545489A (en) | Fuel cell humidifier cartridge and fuel cell humidifier | |
| KR20220108567A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20220108569A (en) | Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising it | |
| KR20220168457A (en) | Fuel cell membrane humidifier with improved assembly and manufacturing method thereof | |
| KR20220043352A (en) | Cartridge of Humidifier for Fuel Cell and Humidifier for Fuel Cell | |
| KR102824037B1 (en) | Cartridge of Humidifier for Fuel Cell and Humidifier for Fuel Cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20181113 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20200610 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20181113 Comment text: Patent Application |
|
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20200612 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20181113 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200803 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20201012 Patent event code: PE09021S02D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20201109 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20201119 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20201120 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20231025 Start annual number: 4 End annual number: 4 |