KR102540438B1 - Air blower of humidification device combination - Google Patents

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KR102540438B1
KR102540438B1 KR1020180033079A KR20180033079A KR102540438B1 KR 102540438 B1 KR102540438 B1 KR 102540438B1 KR 1020180033079 A KR1020180033079 A KR 1020180033079A KR 20180033079 A KR20180033079 A KR 20180033079A KR 102540438 B1 KR102540438 B1 KR 102540438B1
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현대자동차 주식회사
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Abstract

가습기 겸용 공기 블로워가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워는, 연료전지 시스템의 공기 공급 계통에서 공기를 흡입 및 압축하는 것으로서, ⅰ)공기 흡입구를 가진 블로워 하우징에 결합되며, 공기를 배출하는 공기 배출구를 형성하고 있는 볼루트 케이스와, ⅱ)볼루트 케이스의 공기 유동 통로에 구비되는 가습막 모듈을 포함할 수 있다.An air blower combined with a humidifier is disclosed. An air blower combined with a humidifier according to an exemplary embodiment of the present invention is disclosed and sucks and compresses air in an air supply system of a fuel cell system, and is coupled to a blower housing having an air inlet and discharging air. It may include a volute case forming an outlet, and ii) a humidifying membrane module provided in an air flow passage of the volute case.

Description

가습기 겸용 공기 블로워 {AIR BLOWER OF HUMIDIFICATION DEVICE COMBINATION}Air blower with humidifier {AIR BLOWER OF HUMIDIFICATION DEVICE COMBINATION}

본 발명의 실시 예는 연료전지 시스템의 공기 공급 계통에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지로 공급되는 반응기체를 가습하는 가습기를 일체로 구성한 공기 블로워에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to an air supply system of a fuel cell system, and more particularly, to an air blower integrally configured with a humidifier for humidifying a reactive gas supplied to a fuel cell.

일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지에 의한 수소와 산소(공기 중의 산소)의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.In general, a fuel cell system is a kind of power generation system that generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen (oxygen in the air) by a fuel cell. For example, a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to operate an electric motor and drive the vehicle.

연료전지 시스템은 공기극과 연료극을 포함하는 연료전지와, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 계와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급 계를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a fuel cell including an air electrode and an anode, an air supply system for supplying air to the air electrode of the fuel cell, and a hydrogen supply system for supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell.

상기에서 공기 공급 계에서는 공기를 흡입하여 압축하고 그 압축된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급하기 위한 공기 압축기 또는 공기 블로워를 구비하고 있다.In the above air supply system, an air compressor or an air blower is provided to intake and compress air and supply the compressed air to the cathode of the fuel cell.

한편, 고분자 연료전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템의 공기 공급 계는 연료전지로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기를 구비하고 있다.On the other hand, in the case of a polymer fuel cell, adequate moisture is required for the ion exchange membrane of the membrane-electrode assembly (MEA) to function smoothly. is provided.

가습기는 연료전지들의 공기극으로부터 배출되는 배출공기 중의 수분을 이용하여 공기 압축기 또는 공기 블로워로부터 공급되는 공급공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지들의 공기극으로 공급한다. 이러한 가습기는 예를 들면, 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출공기와, 공기 압축기 또는 공기 블로워를 통해 공급되는 공급공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식을 통해 막 가습이 이루어지는 막 가습 방식을 채용하고 있다.The humidifier humidifies supply air supplied from an air compressor or air blower using moisture in exhaust air discharged from the cathodes of the fuel cells, and supplies the humidified air to the cathodes of the fuel cells. Such a humidifier is, for example, a membrane humidification method in which membrane humidification is performed through a gas to gas moisture exchange method between exhaust air discharged from an air electrode of a fuel cell and supply air supplied through an air compressor or air blower. are hiring

그러나, 종래 기술에서는 연료전지 차량의 경우 제한된 레이아웃 영역에 공기 압축기 또는 공기 블로워, 가습기 등을 포함하는 공기 공급 계통을 패키지화 하여 구성하는데 어려움이 있는 실정이다.However, in the prior art, in the case of a fuel cell vehicle, it is difficult to package and configure an air supply system including an air compressor, an air blower, or a humidifier in a limited layout area.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in this background art section are prepared to enhance understanding of the background of the invention, and may include matters that are not prior art already known to those skilled in the art to which this technique belongs.

본 발명의 실시 예들은 공기를 가습하여 연료전지로 공급하기 위한 가습기를 일체로 구성하는 가습기 겸용 공기 블로워를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a humidifier-combined air blower that integrally configures a humidifier for supplying humidified air to a fuel cell.

본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워는, 연료전지 시스템의 공기 공급 계통에서 공기를 흡입 및 압축하는 것으로서, ⅰ)공기 흡입구를 가진 블로워 하우징에 결합되며, 공기를 배출하는 공기 배출구를 형성하고 있는 볼루트 케이스와, ⅱ)상기 볼루트 케이스의 공기 유동 통로에 구비되는 가습막 모듈을 포함할 수 있다.An air blower with a humidifier according to an embodiment of the present invention sucks and compresses air in an air supply system of a fuel cell system, and is coupled to a blower housing having an air inlet and forms an air outlet for discharging air. and ii) a humidifying membrane module provided in an air flow passage of the volute case.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 가습막 모듈은 연료전지에서 배출되는 배출공기와 상기 공기 흡입구를 통해 공급되는 공급공기의 수분 교환이 이루어진 가습공기를 상기 공기 배출구를 통해 배출할 수 있다.In addition, in the humidifier-combined air blower according to an embodiment of the present invention, the humidifying membrane module transfers the humidified air in which moisture is exchanged between the exhaust air discharged from the fuel cell and the supply air supplied through the air inlet to the air outlet. can be released through

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 공기 배출구는 상기 연료전지와 연결되며, 상기 가습공기를 상기 연료전지로 공급할 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, the air outlet is connected to the fuel cell, and the humidified air can be supplied to the fuel cell.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 가습막 모듈은 상기 공급공기가 유입하는 상기 볼루트 케이스의 전면 측에 일단이 위치하고, 상기 공기 배출구 측에 타단이 위치하며, 상기 공기 유동 통로를 따라 배열되는 다수 가닥의 가습막들을 포함할 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, the humidifying membrane module has one end located on the front side of the volute case through which the supply air flows, and the other end located on the air outlet side, A plurality of strands of humidifying membranes arranged along the air flow passage may be included.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 가습막들의 일단은 상기 볼루트 케이스의 전면 측에서 제1 포팅층에 의해 고정되고, 상기 가습막들의 타단은 상기 공기 배출구 측에서 제2 포팅층에 의해 고정될 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, one end of the humidifying films is fixed by a first potting layer on the front side of the volute case, and the other ends of the humidifying films are at the air outlet side It can be fixed by the second potting layer in.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 볼루트 케이스는 상기 가습막들의 일단 측에서 타단 측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 상기 공기 유동 통로를 형성할 수 있다.In addition, in the humidifier-combined air blower according to an embodiment of the present invention, the volute case may form the air flow passage whose cross-sectional area gradually increases from one end side of the humidifying membranes to the other end side.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 가습막들은 상기 단면적이 점차 증가하는 상기 공기 유동 통로를 따라 가닥수가 점차 증가할 수 있다.In addition, in the air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention, the number of strands of the humidifying membranes may gradually increase along the air flow passage whose cross-sectional area gradually increases.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 볼루트 케이스는 연료전지에서 배출되는 배출공기를 상기 공기 유동 통로의 상기 가습막 모듈로 유입하는 배출공기 유입부와, 상기 가습막 모듈에서 수분이 제거된 배출공기를 배출하는 배기공기 배출부를 포함할 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, the volute case includes an exhaust air inlet for introducing exhaust air discharged from the fuel cell into the humidifier membrane module of the air flow passage, and the humidifier An exhaust air discharge unit for discharging exhaust air from which moisture has been removed from the membrane module may be included.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 공급공기는 상기 가습막들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출되고, 상기 배출공기 유입부를 통해 상기 공기 유동 통로로 유입되는 배출공기는 상기 가습막들 사이에서 상기 공급공기의 유동방향과 동일한 방향으로 유동될 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, the supply air is introduced into one end of the humidifying membranes and discharged to the other end, and the exhaust air introduced into the air flow passage through the exhaust air inlet is It may flow in the same direction as the flow direction of the supply air between the humidifying films.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워에 있어서, 상기 공급공기는 상기 가습막들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출되고, 상기 배출공기 유입부를 통해 상기 공기 유동 통로로 유입되는 배출공기는 상기 가습막들 사이에서 상기 공급공기의 유동방향과 반대방향으로 유동될 수 있다.In addition, in the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, the supply air is introduced into one end of the humidifying membranes and discharged to the other end, and the exhaust air introduced into the air flow passage through the exhaust air inlet is It may flow between the humidifying films in a direction opposite to the flow direction of the supply air.

본 발명의 실시 예들은 가습막 모듈을 볼루트 케이스에 일체로 구성함에 따라, 공기 공급 계통의 패키지 측면에서 유리하고, 전체 연료전지 시스템의 레이아웃을 컴팩트 하고 구현할 수 있으며, 연료전지 시스템의 부피 및 중량을 저감시킬 수 있다.Embodiments of the present invention are advantageous in terms of the package of the air supply system as the humidifier membrane module is integrally configured in the volute case, the layout of the entire fuel cell system can be implemented in a compact manner, and the volume and weight of the fuel cell system can reduce

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.In addition, effects that can be obtained or predicted due to the embodiments of the present invention will be directly or implicitly disclosed in the detailed description of the embodiments of the present invention. That is, various effects expected according to an embodiment of the present invention will be disclosed within the detailed description to be described later.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워가 적용되는 연료전지 시스템의 공기 공급 계통을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워에 적용되는 볼루트 케이스 및 가습막 모듈을 도시한 도면이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워의 작용을 설명하기 위한 도면이다.Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a block diagram schematically illustrating an air supply system of a fuel cell system to which an air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention is applied.
Figure 2 is a perspective view showing an air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views showing a volute case and a humidifying membrane module applied to an air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 (a) and (b) is a view for explaining the operation of the air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to what is shown in the drawings, and the thickness is enlarged to clearly express various parts and regions.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.And, in the following detailed description, the names of the components are divided into first, second, etc. to classify them based on the relationship in which the components are the same, and the order is not necessarily limited in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.In addition, terms such as "...unit", "...means", "...part", and "...member" described in the specification refer to a comprehensive unit that performs at least one function or operation. it means.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워가 적용되는 연료전지 시스템의 공기 공급 계통을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an air supply system of a fuel cell system to which an air blower combined with a humidifier according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워(100)는 연료전지 시스템에 적용될 수 있다. 상기 연료전지 시스템은 수소와 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 생산하는 일종의 발전 시스템이다. 이러한 연료전지 시스템은 예를 들어, 상기한 전기 에너지로서 전기 모터를 구동시키는 연료전지 차량에 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the humidifier combined air blower 100 according to an embodiment of the present invention may be applied to a fuel cell system. The fuel cell system is a kind of power generation system that produces electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and air. Such a fuel cell system may be configured in, for example, a fuel cell vehicle that drives an electric motor with the aforementioned electrical energy.

상기 연료전지 시스템은 연료극, 공기극 및 냉각채널을 포함하는 스택으로서의 연료전지(1)와, 연료전지(1)로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 계통과, 연료전지(1)로 수소를 공급하기 위한 수소 공급 계통 등을 포함하고 있다.The fuel cell system includes a fuel cell 1 as a stack including an anode, an air electrode, and a cooling channel, an air supply system for supplying air to the fuel cell 1, and a fuel cell for supplying hydrogen to the fuel cell 1. It includes a hydrogen supply system, etc.

본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워(100)는 상기 공기 공급 계통에 적용되는 바, 공기 공급 계통은 상기 가습기 겸용 공기 블로워(100)의 전단 측에 구성되는 공지 기술의 소음기와, 소음기의 전단 측에 구성되는 공지 기술의 필터를 포함할 수도 있다.The humidifier combined air blower 100 according to an embodiment of the present invention is applied to the air supply system, and the air supply system includes a silencer of the known technology configured on the front side of the humidifier combined air blower 100, and the silencer It may also include a known-art filter configured on the front end side.

이와 같은 가습기 겸용 공기 블로워(100)는 일반 차량, 하이브리드 차량 및 전기 자동차 등에 구성될 수도 있는데, 이하에서는 연료전지 차량의 연료전지 시스템에 구성되는 공기 블로워를 예로 들어 설명하기로 한다.Such a humidifier-combined air blower 100 may be configured in a general vehicle, a hybrid vehicle, an electric vehicle, and the like. Hereinafter, an air blower configured in a fuel cell system of a fuel cell vehicle will be described as an example.

그러나 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 공기 공급 구조에 채용되는 공기 블로워 또는 공기 압축기라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다However, it should not be understood that the protection scope of the present invention is necessarily limited thereto, and the technical idea of the present invention can be applied to any air blower or air compressor employed in air supply structures of various types and purposes.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워(100)는 임펠러(도면에 도시되지 않음)의 회전에 의해 공기를 흡입 및 압축하는 것으로서, 그 공기를 가습하여 연료전지(1)로 공급하기 위한 가습기를 일체로 구성하고 있는 볼루트 타입으로 구비될 수 있다.The humidifier combined air blower 100 according to an embodiment of the present invention sucks and compresses air by rotation of an impeller (not shown), and humidifies the air to supply it to the fuel cell 1 It may be provided in a volute type integrally constituting the humidifier.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워에 적용되는 볼루트 케이스 및 가습막 모듈을 도시한 도면이다.2 is a perspective view showing a humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 show a volute case and a humidifying film module applied to the humidifier combined air blower according to an embodiment of the present invention. it is a drawing

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 가습기 겸용 공기 블로워(100)는 기본적으로, 블로워 하우징(10), 볼루트 케이스(30) 및 가습막 모듈(50)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.1 to 4, the humidifier combined air blower 100 according to an embodiment of the present invention basically includes a blower housing 10, a volute case 30 and a humidifier membrane module 50, , This is explained by configuration as follows.

상기에서와 같은 볼루트 케이스(30) 및 가습막 모듈(50)은 블로워 하우징(10)에 구성되는 바, 블로워 하우징(10)은 이들 구성 요소를 장착하기 위한 블록, 돌기, 칼라 등과 같은 각종 부속 요소들을 포함할 수 있다. 그리고 상기 블로워 하우징(10)은 이를 차체에 장착하기 위한 마운팅 수단을 포함할 수도 있다.As described above, the volute case 30 and the humidifier membrane module 50 are configured in the blower housing 10, and the blower housing 10 includes various parts such as blocks, protrusions, and collars for mounting these components. elements may be included. Also, the blower housing 10 may include a mounting means for mounting it to a vehicle body.

이러한 각종 부속 요소들 및 마운팅 수단은 이하에서 설명될 구성 요소들과 블로워 하우징(10)을 차체에 장착하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 각종 부속 요소들 및 마운팅 수단을 블로워 하우징(10)으로 통칭한다.Since these various accessory elements and mounting means are for mounting the components to be described below and the blower housing 10 to the vehicle body, in the embodiment of the present invention, except for exceptional cases, the various accessory elements and mounting The means is collectively referred to as the blower housing 10.

여기서, 상기 블로워 하우징(10)에는 공기를 흡입하는 공기 흡입구(11)를 형성하고 있다. 그리고 상기 블로워 하우징(10)에는 모터(도면에 도시되지 않음)가 장착되고, 그 모터의 구동 축에는 위에서 언급한 바 있는 임펠러가 결합된다. 상기 임펠러는 블로워 하우징(10)에 회전 가능하게 설치되며, 공기의 흡입 경로 및 배출 경로 사이에 설치된다.Here, an air inlet 11 for sucking air is formed in the blower housing 10 . A motor (not shown in the drawing) is mounted on the blower housing 10, and the above-mentioned impeller is coupled to a drive shaft of the motor. The impeller is rotatably installed in the blower housing 10 and is installed between the intake path and the discharge path of air.

따라서, 상기 공기 흡입구(11)를 통해 흡입되는 공기는 모터의 외측으로 흘러가면서 모터를 냉각시키고, 임펠러의 회전에 의해 디퓨저를 통과한 후, 뒤에서 더욱 설명될 볼루트 케이스(30)를 통해 가압 및 배출될 수 있다.Therefore, the air sucked through the air inlet 11 cools the motor while flowing to the outside of the motor, passes through the diffuser by the rotation of the impeller, and pressurizes and may be discharged.

이러한 공기 블로워(당 업계에서는 통상 "공기 압축기"라고도 한다)의 모터와 임펠러의 결합 구조는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 공기 블로워에 적용되는 것이므로, 본 명세서에서 그 구조의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the coupling structure of the motor and impeller of the air blower (generally referred to as “air compressor” in the art) is applied to air blowers of known technology widely known in the art, a detailed description of the structure is omitted in this specification. do it with

본 발명의 실시 예에서, 상기 볼루트 케이스(30)는 블로워 하우징(10)에 결합되는 것으로, 임펠러에 의해 공기 흡입구(11)를 통하여 흡입 압축된 공기를 배출하기 위한 공기 배출구(31)를 형성하고 있다.In an embodiment of the present invention, the volute case 30 is coupled to the blower housing 10, and forms an air outlet 31 for discharging compressed air sucked through the air inlet 11 by the impeller. are doing

여기서, 상기 볼루트 케이스(30)는 볼루트(volute) 형상(당 업계에서는 맴돌이 형상 또는 스크류 형상이라고도 한다)의 공기 유동 통로(33)를 형성하고 있다. 상기 공기 유동 통로(33)는 볼루트 케이스(30)에 공기 배출구(31)와 연결되게 형성된다.Here, the volute case 30 forms an air flow passage 33 of a volute shape (also referred to as an eddy shape or a screw shape in the art). The air flow passage 33 is formed in the volute case 30 to be connected to the air outlet 31 .

상기 공기 유동 통로(33)는 공기 흡입구(11)를 통하여 볼루트 케이스(30)로 유입된 공기의 유동을 모아 일정한 방향 즉, 공기 배출구(31) 측으로 유도하는 역할을 한다. 이러한 공기 유동 통로(33)는 공기의 유동 단면적이 상이한 통로로 형성되는데, 이러한 공기 유동 단면적의 변화를 통해 공기의 압력을 원만하게 회복시킬 수 있다. 즉, 상기 공기 유동 통로(33)는 공기 배출구(31)로 이어지는 공기 유동 방향을 따라 그 유동 단면적이 점차 증가하는 형태로 구비될 수 있다.The air flow passage 33 serves to collect the flow of air introduced into the volute case 30 through the air inlet 11 and guide it in a certain direction, that is, toward the air outlet 31. The air flow passage 33 is formed as a passage having different air flow cross-sectional areas, and the air pressure can be smoothly restored through the change in the air flow cross-sectional area. That is, the air flow passage 33 may have a flow cross-sectional area gradually increasing along the air flow direction leading to the air outlet 31 .

본 발명의 실시 예에서, 상기 가습막 모듈(50)은 연료전지(1)의 공기극에서 배출되는 배출공기(수분을 포함)와 공기 흡입구(11)를 통하여 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)로 유입되는 공기(이하에서는 "공급공기"라고 한다)의 수분 교환으로 가습이 이루어지며, 그 가습된 공기(가습공기)를 연료전지(1)의 공기극으로 공급하는 막 가습기로 구성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the humidifying membrane module 50 is an air flow passage of the volute case 30 through the exhaust air (including moisture) discharged from the cathode of the fuel cell 1 and the air inlet 11 Humidification is achieved by exchanging moisture in the air introduced into (33) (hereinafter referred to as "supply air"), and the membrane humidifier supplies the humidified air (humidified air) to the cathode of the fuel cell (1). can

상기 가습막 모듈(50)은 본 발명의 실시 예에서 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)에 구비된다. 상기 가습막 모듈(50)은 막 가습 타입으로 구비되는 바, 다수 가닥의 가습막(51)(당 업계에서는 통상 "중공사막"이라고도 한다)들을 포함하고 있다.The humidifying membrane module 50 is provided in the air flow passage 33 of the volute case 30 in the embodiment of the present invention. The humidifying membrane module 50 is provided as a membrane humidifying type, and includes a plurality of humidifying membranes 51 (also commonly referred to as “hollow fiber membranes” in the art).

예를 들면, 상기 가습막(51)들은 공급공기가 유입하는 볼루트 케이스(30)의 전면 측에 일단이 위치하고, 공기 배출구(31) 측에 타단이 위치하면서 공기 유동 통로(33)를 따라 배열될 수 있다.For example, the humidifying membranes 51 are arranged along the air flow passage 33 with one end located on the front side of the volute case 30 through which supply air flows and the other end located on the air outlet 31 side It can be.

여기서, 상기 가습막(51)들의 일단은 볼루트 케이스(30)의 전면 측에서 고분자 소재의 제1 포팅층(53)에 의해 고정되고, 가습막(51)들의 타단은 공기 배출구 측(31)에서 고분자 소재의 제2 포팅층(55)에 의해 고정될 수 있다.Here, one end of the humidifying films 51 is fixed by the first potting layer 53 made of a polymer material on the front side of the volute case 30, and the other end of the humidifying films 51 is on the air outlet side 31 It can be fixed by the second potting layer 55 of polymer material.

더 나아가, 상기 볼루트 케이스(30)는 위에서 언급한 바와 같이, 공기 배출구(31)로 이어지는 공기 유동 방향을 따라 그 유동 단면적이 점차 증가하는 형태의 공기 유동 통로(33)를 형성함에 따라, 본 발명의 실시 예에서 상기 가습막(51)들은 상기한 단면적이 점차 증가하는 공기 유동 통로(33)를 따라 가닥수가 점차 증가하는 타입으로 구비될 수 있다.Furthermore, as mentioned above, the volute case 30 forms an air flow passage 33 in a form in which its flow cross-sectional area gradually increases along the air flow direction leading to the air outlet 31, In an embodiment of the present invention, the humidifying membranes 51 may be provided in a type in which the number of strands gradually increases along the air flow passage 33 whose cross-sectional area gradually increases.

한편, 상기와 같은 볼루트 케이스(30)는 연료전지(1)에서 배출되는 배출공기를 공기 유동 통로(33)의 가습막 모듈(50)로 유입하는 배출공기 유입부(71)와, 가습막 모듈(50)에서 수분이 제거된 배출공기 또는 가습에 참여하지 못한 배출공기(이하에서는"배기공기"라고 한다)를 배출하는 배기공기 배출부(73)를 형성하고 있다.On the other hand, the volute case 30 as described above has an exhaust air inlet 71 for introducing exhaust air discharged from the fuel cell 1 into the humidifying membrane module 50 of the air flow passage 33, and a humidifying membrane. An exhaust air discharge unit 73 is formed to discharge exhaust air from which moisture is removed from the module 50 or exhaust air that does not participate in humidification (hereinafter, referred to as "exhaust air").

상기 배출공기 유입부(71)는 연료전지(1)의 공기 배출 측과 연결되며, 배기공기 배출부(73)는 배기 계통과 연결된다. 상기에서 배기공기는 배기공기 배출부(73)를 통해 외부로 배출되는데, 압력 조절밸브(5)에 의해 설정된 압력으로 조절되며 외부로 배출된다.The exhaust air inlet 71 is connected to the air exhaust side of the fuel cell 1, and the exhaust air exhaust unit 73 is connected to the exhaust system. In the above, the exhaust air is discharged to the outside through the exhaust air discharge unit 73, and is adjusted to a pressure set by the pressure control valve 5 and discharged to the outside.

여기서, 상기 볼루트 케이스(30)는 배출공기 유입부(71)를 통하여 가습막 모듈(50)로 유입된 배출공기를 공기 유동 통로(33)를 따라 유도할 수 있는데, 맴돌이 형태와 같이 일정한 방향으로 유도할 수 있다.Here, the volute case 30 can guide the exhaust air introduced into the humidifier membrane module 50 through the exhaust air inlet 71 along the air flow passage 33, in a certain direction like an eddy. can be induced to

그리고, 상기 가습막 모듈(50)을 통한 배출공기와 공급공기의 수분 교환으로 발생된 가습공기는 볼루트 케이스(30)의 공기 배출구(31)를 통하여 배출되는 바, 상기 공기 배출구(31)는 연료전지(1)의 공기 유입 측과 연결되며, 가습공기를 연료전지(1)의 공기극으로 공급한다.In addition, the humidified air generated by the moisture exchange between the exhaust air and the supply air through the humidifying membrane module 50 is discharged through the air outlet 31 of the volute case 30, and the air outlet 31 is It is connected to the air inlet side of the fuel cell 1 and supplies humidified air to the cathode of the fuel cell 1.

한편, 상기 공기 흡입구(11)를 통하여 볼루트 케이스(30)로 유동하는 공급공기는 도 5의 (a)에서와 같이, 가습막(51)들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출되고(도면에 점선 화살표로 표시), 배출공기 유입부(71)를 통해 공기 유동 통로(33)로 유입되는 배출공기는 가습막(51)들 사이에서 공급공기의 유동방향과 동일한 방향(도면에 실선 화살표로 표시)으로 유동될 수 있다.On the other hand, the supply air flowing into the volute case 30 through the air inlet 11 is introduced into one end of the humidifying films 51 and discharged to the other end, as shown in FIG. 5 (a) (dotted line in the drawing arrow), the exhaust air flowing into the air flow passage 33 through the exhaust air inlet 71 is in the same direction as the flow direction of the supply air between the humidifying films 51 (indicated by a solid arrow in the drawing) can flow into

그리고, 본 발명의 실시 예에서 배출공기 유입부(71)를 통해 공기 유동 통로(33)로 유입되는 배출공기는 도 5의 (b)에서와 같이, 가습막(51)들 사이에서 공급공기의 유동방향(도면에 점선 화살표로 표시)과 반대방향(도면에 실선 화살표로 표시)으로 유동될 수도 있다.And, in the embodiment of the present invention, the exhaust air introduced into the air flow passage 33 through the exhaust air inlet 71 is supplied air between the humidifying films 51, as shown in (b) of FIG. It may also flow in the direction of flow (indicated by a dotted arrow in the figure) and in the opposite direction (indicated by a solid arrow in the figure).

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워(100)의 작용을 앞서 개시한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the humidifier combined air blower 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the previously disclosed drawings.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 연료전지(1)에 의한 수소와 공기의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 과정에, 연료전지(1)의 공기극에서는 수분을 포함하고 있고 있는 배출공기를 배출한다.First, in the embodiment of the present invention, in the process of generating electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen and air by the fuel cell 1, exhaust air containing moisture is discharged from the cathode of the fuel cell 1. do.

이와 동시에, 모터의 구동에 의해 임펠러를 회전시키게 되면, 본 발명의 실시 예에서는 공기 흡입구(11)를 통해 외부 공기를 흡입하고, 그 공기는 모터의 외측으로 흘러가면서 모터를 냉각시키며, 임펠러의 회전에 의해 디퓨저를 통과한다. 그 후, 공기는 볼루트 케이스(30) 내부의 공기 유동 통로(33)로 유입된다. 그러면, 상기 공급공기는 공기 유동 통로(33) 내측 가습막 모듈(50)의 가습막(51)들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출된다.At the same time, when the impeller is rotated by driving the motor, in the embodiment of the present invention, external air is sucked in through the air inlet 11, and the air flows to the outside of the motor to cool the motor and rotate the impeller. through the diffuser. After that, the air is introduced into the air flow passage 33 inside the volute case 30 . Then, the supplied air is introduced into one end of the humidifying membranes 51 of the humidifying membrane module 50 inside the air flow passage 33 and discharged through the other end.

이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 연료전지(1)의 공기극으로부터 배출되는 배출공기를 배출공기 유입부(71)를 통해 볼루트 케이스(30) 내부의 공기 유동 통로(33)로 유입한다.During this process, in the embodiment of the present invention, exhaust air discharged from the cathode of the fuel cell 1 is introduced into the air flow passage 33 inside the volute case 30 through the exhaust air inlet 71 .

여기서, 상기 배출공기는 가습막(51)들 사이에서 공급공기의 유동방향과 동일한 방향으로 유동될 수 있고, 가습막(51)들 사이에서 공급공기의 유동방향과 반대방향으로 유동될 수도 있다.Here, the exhaust air may flow between the humidifying films 51 in the same direction as the supply air flow direction, or may flow between the humidifying films 51 in a direction opposite to the flow direction of the supply air.

그리고, 상기 공기 유동 통로(33)로 유입된 배출공기는 유동 단면적이 상이한 공기 유동 통로(33)를 따라 유동하는데, 공기 유동 통로(33)는 공기의 유동을 모아 일정한 방향으로 유도하며 공기를 가압하고, 공기 유동 단면적의 변화를 통해 공기의 압력을 원만하게 회복시킬 수 있게 된다.In addition, the exhaust air introduced into the air flow passage 33 flows along the air flow passage 33 having a different flow cross-sectional area. The air flow passage 33 collects the flow of air and guides it in a certain direction, pressurizing the air And, the air pressure can be smoothly restored through the change of the air flow cross-sectional area.

이에 상기 가습막 모듈(50)에서는 배출공기와 공급공기의 가스 투 가스 수분 교환 방식으로 막 가습이 이루어지며 가습공기를 발생시키고, 그 가습공기는 볼루트 케이스(30)의 공기 배출구(31)를 통해 배출되며, 연료전지(1)의 공기극으로 공급된다.Accordingly, in the humidifying membrane module 50, membrane humidification is performed in a gas-to-gas moisture exchange method between exhaust air and supply air, and humidified air is generated. The humidified air passes through the air outlet 31 of the volute case 30. and is supplied to the cathode of the fuel cell (1).

이 경우, 상기 가습막 모듈(50)을 거치며 수분이 제거된 배출공기(배기공기) 및/또는 가습에 참여하지 못한 배출공기(배기공기)는 볼루트 케이스(30)의 배기공기 배출부(73)를 통해 배기 계통으로 배출된다.In this case, the exhaust air (exhaust air) from which moisture has been removed through the humidifying membrane module (50) and/or the exhaust air (exhaust air) that does not participate in humidification are discharged through the exhaust air discharge unit (73) of the volute case (30). ) through the exhaust system.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 가습기 겸용 공기 블로워(100)에 의하면, 가습막 모듈(50)을 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)에 일체로 구성할 수 있다.As described so far, according to the humidifier combined air blower 100 according to the embodiment of the present invention, the humidifier membrane module 50 can be integrally configured with the air flow passage 33 of the volute case 30.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)로 유입된 공급공기와 연료전지(1)의 배출공기를 가습막 모듈(30)로 유동시키며, 배출공기와 공급공기의 수분 교환이 이루어진 가습공기를 연료전지(1)의 공기극으로 공급할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the supply air introduced into the air flow passage 33 of the volute case 30 and the exhaust air of the fuel cell 1 flow to the humidifying membrane module 30, and the exhaust air and supply Humidified air in which the moisture of the air has been exchanged may be supplied to the cathode of the fuel cell 1 .

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 가습막 모듈(50)을 볼루트 케이스(30)에 일체로 구성함에 따라, 공기 공급 계통의 패키지 측면에서 유리하고, 전체 연료전지 시스템의 레이아웃을 컴팩트 하게 구현할 수 있으며, 연료전지 시스템의 부피 및 중량을 저감시킬 수 있다.Thus, in the embodiment of the present invention, as the humidifier module 50 is integrated with the volute case 30, it is advantageous in terms of the package of the air supply system, and the layout of the entire fuel cell system can be implemented compactly. , the volume and weight of the fuel cell system can be reduced.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 연료전지(1)의 배출공기를 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)에서 설정된 방향으로 유도함에 따라, 가습막 모듈(50)의 가습효율을 증대시킬 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the humidification efficiency of the humidifying membrane module 50 can be increased by guiding the exhaust air of the fuel cell 1 to a direction set in the air flow passage 33 of the volute case 30. can

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 볼루트 케이스(30)의 공기 유동 통로(33)에 가습막 모듈(50)을 구성함에 따라, 그 가습막 모듈(50)에 의하여 공기 공급 소음을 저감시킬 수 있고, 가습막 모듈(50)에 의한 열 교환으로 공기 블로워의 냉각을 도모할 수 있다.Furthermore, in the embodiment of the present invention, as the humidifier module 50 is configured in the air flow passage 33 of the volute case 30, the air supply noise can be reduced by the humidifier module 50. In addition, the air blower can be cooled by heat exchange by the humidifying membrane module 50.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented in this specification, and those skilled in the art who understand the technical spirit of the present invention may, within the scope of the same technical spirit, the components Other embodiments can be easily proposed by adding, changing, deleting, adding, etc., but it will also be said to fall within the scope of the present invention.

1: 연료전지
5: 압력 조절밸브
10: 블로워 하우징
11: 공기 흡입구
30: 볼루트 케이스
31: 공기 배출구
33: 공기 유동 통로
50: 가습막 모듈
51: 가습막들
53: 제1 포팅층
55: 제2 포팅층
71: 배출공기 유입부
73: 배기공기 배출부1: fuel cell
5: pressure control valve
10: blower housing
11: air inlet
30: volute case
31: air outlet
33: air flow passage
50: humidification membrane module
51: Humidifying films
53: first potting layer
55: second potting layer
71: exhaust air inlet
73: exhaust air discharge unit

Claims (10)

연료전지 시스템의 공기 공급 계통에서 공기를 흡입 및 압축하는 공기 블로워로서,
공기 흡입구를 가진 블로워 하우징에 결합되며, 공기를 배출하는 공기 배출구를 형성하고 있는 볼루트 케이스; 및
상기 볼루트 케이스의 공기 유동 통로에 구비되는 가습막 모듈;을 포함하며,
상기 가습막 모듈은, 공급공기가 유입하는 상기 볼루트 케이스의 전면 측에 일단이 위치하고, 상기 공기 배출구 측에 타단이 위치하며, 상기 공기 유동 통로를 따라 배열되는 다수 가닥의 가습막들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.An air blower that sucks and compresses air in the air supply system of a fuel cell system,
A volute case coupled to the blower housing having an air inlet and forming an air outlet for discharging air; and
Including; a humidifying film module provided in the air flow passage of the volute case,
The humidifying membrane module includes a plurality of humidifying membranes, one end of which is located on the front side of the volute case into which supply air flows, the other end is located on the side of the air outlet, and arranged along the air flow passage Humidifier combined air blower. 제1 항에 있어서,
상기 가습막 모듈은,
연료전지에서 배출되는 배출공기와 상기 공기 흡입구를 통해 공급되는 공급공기의 수분 교환이 이루어진 가습공기를 상기 공기 배출구를 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 1,
The humidifying membrane module,
An air blower with a humidifier, characterized in that for discharging humidified air in which moisture is exchanged between the exhaust air discharged from the fuel cell and the supply air supplied through the air intake port through the air outlet port. 제2 항에 있어서,
상기 공기 배출구는 상기 연료전지와 연결되며, 상기 가습공기를 상기 연료전지로 공급하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 2,
The air outlet is connected to the fuel cell and supplies the humidified air to the fuel cell. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 가습막들의 일단은 상기 볼루트 케이스의 전면 측에서 제1 포팅층에 의해 고정되고,
상기 가습막들의 타단은 상기 공기 배출구 측에서 제2 포팅층에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 1,
One end of the humidifying films is fixed by a first potting layer on the front side of the volute case,
The other ends of the humidifying membranes are humidifier-combined air blowers, characterized in that fixed by the second potting layer on the air outlet side. 제1 항에 있어서,
상기 볼루트 케이스는 상기 가습막들의 일단 측에서 타단 측으로 갈수록 단면적이 점차 증가하는 상기 공기 유동 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 1,
The volute case is a humidifier-combined air blower, characterized in that for forming the air flow passage whose cross-sectional area gradually increases from one end side to the other end side of the humidifying membranes. 제6 항에 있어서,
상기 가습막들은,
상기 단면적이 점차 증가하는 상기 공기 유동 통로를 따라 가닥수가 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 6,
The humidifying films,
An air blower combined with a humidifier, characterized in that the number of strands gradually increases along the air flow passage in which the cross-sectional area gradually increases. 제1 항에 있어서,
상기 볼루트 케이스는,
연료전지에서 배출되는 배출공기를 상기 공기 유동 통로의 상기 가습막 모듈로 유입하는 배출공기 유입부와,
상기 가습막 모듈에서 수분이 제거된 배출공기를 배출하는 배기공기 배출부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 1,
The volute case,
an exhaust air inlet through which exhaust air discharged from the fuel cell is introduced into the humidifying membrane module of the air flow passage;
Exhaust air discharge unit for discharging exhaust air from which moisture has been removed from the humidifying membrane module
A humidifier combined air blower comprising a. 제8 항에 있어서,
상기 공급공기는 상기 가습막들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출되고,
상기 배출공기 유입부를 통해 상기 공기 유동 통로로 유입되는 배출공기는 상기 가습막들 사이에서 상기 공급공기의 유동방향과 동일한 방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 8,
The supply air is introduced into one end of the humidifying films and discharged through the other end,
Air blower combined with a humidifier, characterized in that the discharge air flowing into the air flow passage through the discharge air inlet flows in the same direction as the flow direction of the supply air between the humidifying films. 제8 항에 있어서,
상기 공급공기는 상기 가습막들의 일단으로 유입되어 타단으로 배출되고,
상기 배출공기 유입부를 통해 상기 공기 유동 통로로 유입되는 배출공기는 상기 가습막들 사이에서 상기 공급공기의 유동방향과 반대방향으로 유동되는 것을 특징으로 하는 가습기 겸용 공기 블로워.According to claim 8,
The supply air is introduced into one end of the humidifying films and discharged through the other end,
The air blower combined with a humidifier, characterized in that the discharge air flowing into the air flow passage through the discharge air inlet flows in a direction opposite to the flow direction of the supply air between the humidifying films.
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