JP2021523536A - 燃料電池用膜加湿器 - Google Patents
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Abstract
本発明の燃料電池用膜加湿器は、複数の中空糸膜を収容するミドルケースと、前記ミドルケースと結合されるキャップケースと、前記複数の中空糸膜の端部に形成されたポッティング部と、前記キャップケースと前記ミドルケースの端部との間に配置されてその間を気密に結合する組立部材と、前記キャップケースの内側から前記ポッティング部の縁部側に延びて前記キャップケースと前記ポッティング部との間を気密に結合する突出部とを含む。
【選択図】 図３
【選択図】 図３
Description
本発明は燃料電池用膜加湿器に関するもので、より詳しくは機械的組立構造によって高温／高圧／多湿の環境で気密機能を果たすことができる燃料電池用膜加湿器に関するものである。
燃料電池とは水素と酸素を結合させて電気を生産する発電型電池である。燃料電池は、乾電池や蓄電池などの一般化学電池とは違い、水素と酸素が供給される限り、ずっと電気を生産することができ、熱損失がなくて内燃機関より効率が２倍程度高いという利点がある。
また、水素と酸素の結合によって発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するから、公害物質の排出が少ない。よって、燃料電池は環境に優しいだけでなく、エネルギー消費増加による資源枯渇に対するおそれを減らすことができるという利点を有する。
このような燃料電池は、使われる電解質の種類によって、大きくは、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、及びアルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＡＦＣ）などに分類することができる。
これらの燃料電池のそれぞれは根本的に同じ原理によって作動するが、使われる燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。このうち、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池に比べ、低温で動作するという点、及び出力密度が高くて小型化が可能であるから、小規模据置型発電装備だけではなく輸送システムにおいても最も有望なものであると知られている。
高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の性能を向上させることにおいて最も重要な要因の一つは、膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）の高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ又はＰｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）に一定量以上の水分を供給することによって含水率を維持するようにすることである。高分子電解質膜が乾燥すれば、発電効率が急激に低下するからである。
高分子電解質膜を加湿する方法としては、１）耐圧容器に水を満たした後、対象気体を拡散器（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）に通過させて水分を供給するバブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）加湿方式、２）燃料電池反応に必要な供給水分量を計算し、ソレノイドバルブを通してガス流動管に直接水分を供給する直接噴射（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式、及び３）高分子分離膜を用いてガス流動層に水分を供給する膜加湿方式などがある。
これらの中でも、排気ガス中に含まれる水蒸気のみ選択的に透過させる膜を用いて水蒸気を、高分子電解質膜に供給されるガスに提供することによって高分子電解質膜を加湿する加湿膜方式が加湿器を軽量化及び小型化することができるという点で有利である。
加湿膜方式に使われる選択的透過膜は、モジュールを形成する場合、単位体積当たり透過面積の大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を用いて膜加湿器を製造する場合、接触表面積の広い中空糸膜の高集積化が可能であり、小容量でも燃料電池を十分に加湿することができ、低価素材の使用が可能であり、燃料電池から高温で排出されるオフガスに含まれた水分及び熱を回収して加湿器を通して再使用することができるという利点を有する。
一方、一般的な燃料電池用膜加湿器は、ハウジング部の内部に中空糸膜が収容され、ポッティング部によって中空糸膜はハウジング部の内壁に接着される。中空糸膜はスタックの所望の出力値によって特定の本数がハウジング部内に収容され、ポッティング部によってハウジング部に接着及び固定される。燃料電池用膜加湿器にはブロワーから流入した高温の空気とスタックから流入した高温多湿の空気が流入する。ポッティング部は熱膨張率及び熱収縮率が高くてハウジング部とポッティング部との間に隙間が生じ、これを通して空気が漏出する。これを防止するために、ハウジング部とポッティング部との間にはシーラントが塗布される。
空気が漏出する場合、ブロワーから流入した空気が燃料電池用膜加湿器から漏出してスタックに流入した空気の量が小さくなるから実際にスタックで必要な流入量より多い量をブロワーから付加的に供給しなければならないので、ブロワーの消費電力量が多くなり、これはシステム電力損失につながる。よって、最大限に漏出がないようにすることが全体的な電力効率の側面で有利である。
本発明は機械的組立構造によって高温／高圧／多湿の環境で気密機能を果たすことができる燃料電池用膜加湿器を提供することを目的とする。
本発明の燃料電池用膜加湿器は、複数の中空糸膜を収容するミドルケースと、前記ミドルケースと結合されるキャップケースと、前記複数の中空糸膜の端部に形成されたポッティング部と、前記キャップケースと前記ミドルケースの端部との間に配置されてその間を気密に結合する組立部材と、前記キャップケースの内側から前記ポッティング部の縁部側に延びて前記キャップケースと前記ポッティング部との間を気密に結合する突出部とを含む。
前記キャップケースは、前記ミドルケースと結合され、前記ポッティング部の外径より大きい内径を有する大径部と、前記大径部の一面から突出し、前記ポッティング部の外径より小さい内径を有する小径部とを含むことが好ましい。
前記組立部材は、前記キャップケースと前記ミドルケースの端部との間に配置される本体部と、前記本体部の外側端部から前記中空糸膜の長手方向に延びて前記ミドルケースの端部の外側面に接触する第１レッグ部と、前記本体部の内側端部から前記中空糸膜の長手方向に延びて前記ミドルケースの端部の内側面に接触する第２レッグ部とを含むことが好ましい。
前記組立部材は、前記キャップケースの突出部と前記第２レッグ部との間に満たされる充填部をさらに含むことができる。
前記キャップケースの突出部は前記第２レッグ部に接触するように形成されることができる。
前記ミドルケースの端部の外側面には前記第１レッグ部を収容する段差部が設けられることが好ましい。
前記ミドルケースの端部の外側面には前記第１レッグ部を収容する段差部が設けられることが好ましい。
前記キャップケースは、前記ミドルケースの端部に対向する面に突出した突起を含むことが好ましい。
前記突出部は内側面に斜めに形成された傾斜面を含み、前記ポッティング部は外側面に斜めに形成されて前記突出部の傾斜面に圧着される傾斜面を含むことができる。
前記組立部材は、前記キャップケースの突出部と前記第２レッグ部との間に満たされる充填部をさらに含むことができる。
前記キャップケースの突出部は前記第２レッグ部に接触するように形成されることができる。
前記ミドルケースの端部の外側面には前記第１レッグ部を収容する段差部が設けられることが好ましい。
前記キャップケースは、前記ミドルケースの端部に対向する面に突出した突起を含むことが好ましい。
前記キャップケースは、前記ミドルケースの端部に対向する面に突出した突起を含むことが好ましい。
前述した本発明の燃料電池用膜加湿器によれば、機械的組立構造によって高温／高圧／多湿の環境で気密機能を果たすことができる。
また、化学的気密方式ではない機械的気密方式であるので、従来の化学的気密方式に必要なポリウレタン／シーラント塗布及び硬化工程を省略することができるようになり、作業時間の短縮、作業効率の向上及び大量生産体制の構築が可能である。
また、膜加湿器の内部に配置される単位カートリッジ不良の発生の際、再作業性が良好であって部品スクラップ比を低下させることができる。
また、膜加湿器を分解し、該当不良カートリッジのみ交替して再組立を行えば良いので、再作業性及び部品の再活用の面で有利である。
そして、組立部材とキャップケースの突出部構造によって２箇所以上の部品の間を同時に気密に結合することができるので、製作及び組立が非常に簡便で効率的である。
本発明は多様な変換を加えることができ、さまざまな実施例を有するが、ここでは特定の実施例を例示し、詳細に説明しようとする。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。
本発明で使用した用語はただ特定の実施例を説明するために使用したものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上で明白に他に指示しない限り、複数の表現を含む。本発明で、‘含む’又は‘有する’などの用語は明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せが存在することを示そうとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せの存在又は付加の可能性を予め排除しないと理解されなければならない。以下、図面に基づいて本発明の実施例による燃料電池用膜加湿器を説明する。
図１及び図２は本発明の一実施例による燃料電池用膜加湿器を示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、本発明の一実施例による燃料電池用膜加湿器は、ミドルケース１１０、キャップケース１２０、ポッティング部１３０、及び組立部材２００を含む。
ミドルケース１１０はキャップケース１２０と結合して膜加湿器の外形をなす。ミドルケース１１０とキャップケース１２０はポリカーボネートなどの硬質プラスチック又は金属からなり得る。ミドルケース１１０とキャップケース１２０は、図１のように、幅方向の断面形状が円形であるか、あるいは、図２のように、幅方向の断面形状が多角形であり得る。前記多角形は、方形、正方形、台形、平行四辺形、五角形、六角形などであってよく、前記多角形は角部がラウンド形態であってもよい。また、前記円形は楕円形であってもよい。ミドルケース１１０には、それぞれ第２流体が供給される第２流体流入口１１２と第２流体が排出される第２流体流出口１１３とが形成されている。これと反対に、“１１３”が第２流体流入口となり、“１１２”が第２流体流出口となってもよい。
ミドルケース１１０の内部には複数の中空糸膜を収容した中空糸膜モジュールが配置される。中空糸膜モジュールは複数の中空糸膜が集積した中空糸膜束であるか又は中空糸膜を収容した複数の中空糸膜カートリッジ１４０（図３参照）を含むことができる。図面では中空糸膜モジュールが中空糸膜カートリッジ１４０を含む場合を例示しており、中空糸膜モジュールが中空糸膜束を含む場合を排除するものではない。
キャップケース１２０はミドルケース１１０の両端に結合される。それぞれのキャップケース１２０には流体出入口１２１が形成されている。この中で一方は第１流体流入口になり、他方は第１流体流出口になる。一側のキャップケース１２０の流体出入口１２１に流入した第１流体は中空糸膜カートリッジ１４０の内部に収容された中空糸膜の内部管路を通過した後、他側のキャップケース１２０の流体出入口１２１を通して排出される。中空糸膜は、例えば、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）素材、ポリエーテルイミド（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）素材、ポリイミド（ＰＩ）素材、ポリフェニルスルホン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリスルホン（ＰＳ）素材、又はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）素材の中空糸膜にすることができる。
中空糸膜モジュールが複数の中空糸膜カートリッジ１４０を含む場合、中空糸膜カートリッジ１４０の一側には、第２流体流入口１１２を通して膜加湿器に流入した第２流体が中空糸膜カートリッジ１４０の内部に流入するようにする第１メッシュ部１４２が形成され、他側には、中空糸膜カートリッジ１４０の内部で水分を交換した第２流体が中空糸膜カートリッジ１４０の外部に流出するようにする第２メッシュ部（図示せず）が形成される得る。
中空糸膜カートリッジ１４０又は中空糸膜束の両端部には、中空糸膜を結束しながら中空糸膜の間の空隙を埋めるポッティング部１３０が形成される。これにより、中空糸膜モジュールの両端部はポッティング部１３０によって塞がり、その内部には第２流体が通過する流路が形成される。ポッティング部１３０の素材は公知のものであるので、この明細書で詳細な説明は省略する。
図３は本発明の第１実施例による膜加湿器を示す断面図、図４は本発明の一実施例による中空糸膜カートリッジを示す斜視図、図５は本発明の一実施例による組立部材を示す斜視図である。
以下では中空糸膜モジュールが中空糸膜カートリッジ１４０を含む実施例を示して説明する。また、中空カートリッジ１４０は図面に一つのみ示されているが、膜加湿器内に複数の中空糸膜カートリッジ１４０を含む場合を排除するものではない。
図４の中空糸膜カートリッジ１４０は膜加湿器のケースの内部に配置される複数のカートリッジの中で一つのカートリッジを示すものである。図５は一つのカートリッジ及びポッティング部を備える場合の組立部材を示すものであり、図示の組立部材２００は、全体として向き合う一対の直線部と一対の半円部が互いに連結された形態を有するように構成される。図５（ａ）はキャップケース１２０と接触する側から見た斜視図、図５（ｂ）はその反対側から見た斜視図である。
キャップケース１２０の内面は組立部材２００によってミドルケース１１０の端部１１１から離隔するように組み立てられる。また、キャップケース１２０の内面はポッティング部１３０からも離隔するように組み立てられる。
そして、ポッティング部１３０とカートリッジ１４０の外面はミドルケース１１０の内面から離隔して配置される。よって、第２流体がポッティング部１３０とミドルケース１１０との間の空間で流動するようになる。
ミドルケース１１０とキャップケース１２０は複数のボルト、押込、溶接、クランピングなどの多様な締結方式（図示せず）で組み立てられる。ここで、組立部材２００がその間に挿入されて圧着されるように組み立てられる。図３以降の断面図はボルトなどの締結部を通らない平面で切断した断面図であるので、ボルトなどの締結部が示されていない。
前述したように、ミドルケース１１０とキャップケース１２０は多角形又は円形の断面を有するが、図３以降の断面図はミドルケース１１０とキャップケース１２０が四角形断面を有する場合を示す。
キャップケース１２０は、ミドルケース１１０と結合され、ポッティング部１３０の外径Ｌ３より大きい内径Ｌ１を有する大径部１２７と、大径部１２７の一面から突出し、ポッティング部１３０の外径Ｌ３より小さい内径Ｌ２を有する小径部１２９とを含むことができる。
ここで、外径と内径及び大径部と小径部は一般的に円形パイプの直径に関連した用語であり、膜加湿器ハウジングが円形、楕円形、及び多角形の場合のいずれにも適用される。
特に、膜加湿器ハウジングが多角形の場合、キャップケース１２０の流体出入口１２１が形成された小径部１２９の向き合う内面間の距離Ｌ２はポッティング部１３０の向き合う外面間の距離Ｌ３より小さく形成されると言える。したがって、ポッティング部１３０は後述する突出部１２５によって長手方向に圧着されて固定されることができる。このようなキャップケース１２０の形態は第１実施例ではなく以下の全ての実施例にそのまま適用可能である。
また、ミドルケース１１０の向き合う内面間の距離よりポッティング部１３０の向き合う外面間の距離Ｌ３が小さく形成され、ポッティング部１３０がミドルケース１１０の内部に離隔して配置される。よって、組立部材２００はミドルケース１１０とポッティング部１３０との間に配置されることにより、ポッティング部１３０がミドルケース１１０に対して動けないように固定することができる。
組立部材２００はキャップケース１２０とミドルケース１１０の端部との間に配置されてその間を気密に結合するように組み立てられ、キャップケース１２０は、その内側からポッティング部１３０の縁部側に延びてキャップケース１２０とポッティング部１３０との間を気密に結合する突出部１２５を含む。
組立部材２００は、キャップケース１２０とミドルケース１１０の端部との間に配置される本体部２１０と、本体部２１０の外側端部から中空糸膜の長手方向に延びてミドルケース１１０の端部１１１の外側面に接触する第１レッグ部２２０と、本体部２１０の内側端部から中空糸膜の長手方向に延びてミドルケース１１０の端部の内側面に接触する第２レッグ部２３０とを含むことができる。
図３の断面図で一対の組立部材２００が左右対称になるように配置されたものとして示されているが、実際には単一体に形成された組立部材２００が全体的に四角形リング形態を有するように形成されることが理解可能であろう。
前記本体部２１０はキャップケース１２０の内面及びミドルケース１１０の端部１１１によって圧着されるように配置される。
前記第１レッグ部２２０は、図３を基準にするとき、本体部２１０の外側端部から下方に、すなわち中空糸膜の長手方向に延びてミドルケース１１０の端部１１１の外側面に接触するように配置される。
前記第２レッグ部２３０は本体部２１０の内側端部から下方に、すなわち中空糸膜の長手方向に延びてミドルケース１１０の端部１１１の内側面に接触するように配置される。
よって、第１レッグ部２２０と第２レッグ部２３０との間にはミドルケース１１０の端部が挿入される溝が形成され得る。
また、前記第１レッグ部２２０の外面はキャップケース１２０の内面に接触することもできるが、図示のように接触しないこともある。
前記ミドルケース１１０の端部１１１の外側面には、前記第１レッグ部２２０を収容する段差部１１５が設けられ得る。これにより、ミドルケース１１０の外面と第１レッグ部２２０の外面がほぼ同一平面をなすことができる。
前記突出部１２５はキャップケース１２０の内側からポッティング部１３０側に、すなわち中空糸膜の長手方向に延びてポッティング部１３０の縁部を圧着するように形成される。突出部１２５はキャップケース１２０の内面からポッティング部１３０の一側面までの距離より大きい長さに延び得る。一般的に、ポッティング部１３０はキャップケース１２０より軟質の素材からなるので、組立の際にポッティング部１３０がキャップケース１２０を圧着して収縮させるようになる。
図３にはポッティング部１３０の縁部が突出部１２５によって圧着される前の形態が点線で示されている。すなわち、ポッティング部１３０が突出部１２５によって圧着されれば、ポッティング部１３０の縁部が突出部１２５によって所定の深さだけ収縮することにより、その間が気密に結合させることができる。
前記突出部１２５は図３の断面図に２個の部材であるとして示されているが、実際にはキャップケース１２０に一体に形成され、多角形又は円形のリブ形態を有するように形成される。突出部１２５の外面はポッティング部１３０及び中空糸膜カートリッジ１４０の外面と同じ平面を成すように形成させることができる。
そして、前記キャップケース１２０はミドルケース１１０の端部に対向する面に突出した突起１２３を含むことが好ましい。突起１２３を断面が半円又は多様な形状のリブ形態を有するように形成させることができる。この突起１２３は特に前記組立部材２００の本体部２１０をさらに圧着して気密性を向上させるだけでなく、本体部２１０が圧着過程で動かないように固定する役割を果たす。
第１実施例の膜加湿器によれば、組立部材２００がミドルケース１１０の端部とキャップケース１２０との間を気密に結合し、同時にキャップケース１２０の突出部１２５がキャップケース１２０とポッティング部１３０との間を気密に結合することができる。
図６は本発明の第２実施例による膜加湿器を示す断面図である。第２実施例による膜加湿器は、組立部材２００がキャップケース１２０の突出部１２５と第２レッグ部２３０との間に満たされる充填部２５０をさらに含む点で、第１実施例とは違う。
前述したように、図３〜図１０に示す実施例は、複数の中空糸膜がカートリッジ１４０に収容され、その一つ又は複数のカートリッジがミドルケース１１０の内部に配置されたものを示す。
前述したように、キャップケース１２０の内面とポッティング部１３０は互いに離隔して配置されるので、前記充填部２５０はキャップケース１２０の突出部１２５と第２レッグ部２３０との間に満たされるように形成される。これにより、キャップケース１２０の内面とカートリッジ１４０との間の空間に流入した第２流体が中空糸膜を通過せずに流体出入口１２１側に漏洩することをさらに防止することができる。
充填部２５０の上下長は、図３に示すように、突出部１２５の長さと同一に形成されることもでき、第２レッグ部２３０の長さと同一に形成されることもできる。また、図３で第１レッグ部２２０及び第２レッグ部２３０の長さは突出部１２５より長く形成されているが、第１レッグ部２２０及び第２レッグ部２３０の長さを突出部１２５の長さと同一に形成させることもできる。この場合、充填部２５０の上下長も第２レッグ部２３０及び突出部１２５の長さと同一に形成させることができる。
組立部材２００はキャップケース１２０より硬度の低い軟質素材からなり、充填部２５０の幅は第２レッグ部２３０の内面と突出部１２５の外面との間の幅より少し大きく形成されることにより、組立の際に圧着されて収縮するようにすることができる。
図７は本発明の第３実施例による膜加湿器を示す断面図である。第３実施例による膜加湿器は、キャップケース１２０の突出部１２５が第２レッグ部２３０に接触するように形成される点で、第１実施例とは違う。
第１実施例の場合、前記突出部１２５の外面はポッティング部１３０の外面と同一平面を成したが、第３実施例の場合、突出部１２５はその左右方向の厚さがずっと厚く形成され、その外面が組立部材２００の第２レッグ部２３０の内面に接触するようになる。
よって、突出部１２５の内面とミドルケース１１０の端部１１１との間の空間を突出部１２５と組立部材２００によって完全に満たすことができる。これにより、キャップケース１２０の内面とカートリッジ１４０との間の空間に流入した第２流体が中空糸膜を通過せずに流体出入口１２１側に漏洩することをさらに防止することができる。
突出部１２５の上下方向の長さは組立部材２００の上下方向の長さより小さく形成されているが、組立部材２００と同じ長さを有するように形成させることもできる。
また、キャップケース１２０の内面に形成された突起１２３が本体部２１０を圧着することにより、本体部２１０がキャップケース１２０とミドルケース１１０の端部１１１との間を確かに気密に結合することができる。
図８は本発明の第４実施例による膜加湿器を示す断面図である。第４実施例による膜加湿器は、突出部１２５の内側面に斜めに形成された傾斜面１２６を含み、ポッティング部１３０は外側面に斜めに形成されて突出部１２５の傾斜面１２６に圧着される傾斜面１３２を含む点で、第１実施例とは違う。
前記突出部１２５の内側面には傾斜面１２６が形成され、前記ポッティング部１３０の上端部の両側角部にも傾斜面１３２が形成される。組立の際に突出部１２５の傾斜面１２６の内側にポッティング部１３０の傾斜面１３２が挿入しながら圧着されるので、キャップケース１２０とポッティング部１３０との間の気密性能が向上することができる。
一般的に、キャップケース１２０の硬度がポッティング部１３０より高いため、組立の際、前記突出部１２５の傾斜面１２６が前記ポッティング部１３０の傾斜面１３２を圧着して収縮させるようになる。
キャップケース１２０の突出部１２５とポッティング部１３０との間に傾斜部同士互いに圧着されるから、気密性能が他の実施例より一層向上させることができる。
また、前記突出部１２５の傾斜面１２６と前記ポッティング部１３０の傾斜面１３２を同時に形成することもできるが、前記突出部１２５のみに傾斜面１２６を形成することもできる。この場合、突出部１２５の硬度がポッティング部１３０より高いため、突出部１２５の傾斜面１２６がポッティング部１３０の角部を圧着して傾斜面を形成するように変形させることができる。
図９は本発明の第５実施例による膜加湿器を示す断面図である。第５実施例による膜加湿器は、組立部材２００がキャップケース１２０の突出部１２５と第２レッグ部２３０との間に満たされる充填部２５０をさらに含む点で、第４実施例とは違う。
前述したように、キャップケース１２０の内面とポッティング部１３０は離隔して配置されるので、前記充填部２５０はキャップケース１２０の突出部１２５と第２レッグ部２３０との間に満たされるように形成される。これにより、キャップケース１２０の内面とカートリッジ１４０との間の空間に流入した第２流体が中空糸膜を通過せずに流体出入口１２１側に漏洩することをさらに防止することができる。
充填部２５０の上下長は、図９に示すように、突出部１２５の長さと同一に形成されることもでき、第２レッグ部２３０の長さと同一に形成されることもできる。また、図９で第１レッグ部２２０及び第２レッグ部２３０の長さは突出部１２５より長く形成されているが、第１レッグ部２２０及び第２レッグ部２３０の長さは突出部１２５の長さと同一に形成されることもできる。この場合、充填部２５０の上下長も第２レッグ部２３０及び突出部１２５の長さと同一に形成されることができる。
組立部材２００はキャップケース１２０より硬度の低い軟質素材からなり、充填部２５０の幅は第２レッグ部２３０の内面と突出部１２５の外面との間の幅よりちょっと大きく形成され、組立の際に圧着されて収縮することができる。
図１０は本発明の第６実施例による膜加湿器を示す断面図である。第６実施例による膜加湿器は、キャップケース１２０の突出部１２５が第２レッグ部２３０に接触するように形成される点で、第４実施例とは違う。
第４実施例の場合、前記突出部１２５の外面はポッティング部１３０の外面と同一平面を成したが、第６実施例の場合、突出部１２５はその左右方向の厚さがずっと厚く形成され、その外面が組立部材２００の第２レッグ部２３０の内面に接触するようになる。
よって、突出部１２５の内面とミドルケース１１０の端部１１１との間の空間が突出部１２５と組立部材２００によって完全に満たされることができる。これにより、キャップケース１２０の内面とカートリッジ１４０との間の空間に流入した第２流体が中空糸膜を通過せずに流体出入口１２１側に漏洩することをさらに防止することができる。
突出部１２５の上下方向の長さは組立部材２００の上下方向の長さより小さく形成されているが、組立部材２００と同じ長さを有するように形成されることもできる。
また、第５実施例及び第６実施例による膜加湿器は、組立部材２００が本体部２１０、第１レッグ部２２０及び第２レッグ部２３０を含み、突出部１２５の内側面が傾斜面を有するように形成され、ミドルケース１１０の端部１１１に対向するキャップケース１２０の内面に突出した突起１２３が本体部２１０を圧着する点は第４実施例と同一である。
以上では本発明の好適な実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範疇内で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などによって本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲に含まれると言える。
本発明の多様な実施例による組立部材を含む燃料電池用膜加湿器は、機械的組立構造によって高温／高圧／多湿の環境で気密機能を果たすことができる。
また、化学的気密方式ではない機械的気密方式であるので、従来の化学的気密方式に必要なポリウレタン／シーラント塗布及び硬化工程を省略することができるようになり、作業時間の短縮、作業効率の向上及び大量生産体制の構築が可能である。
また、膜加湿器の内部に配置される単位カートリッジ不良の発生の際、再作業性が良好であって部品スクラップ比を低下させることができる。
また、膜加湿器を分解して該当不良カートリッジのみ交替して再組立すれば良いので、再作業性及び部品の再活用の面で有利である。
そして、組立部材とキャップケースの突出部構造によって２箇所以上の部品の間を同時に気密に結合することができるので、製作及び組立が非常に簡便で効率的である。
そして、組立部材とキャップケースの突出部構造によって２箇所以上の部品の間を同時に気密に結合することができるので、製作及び組立が非常に簡便で効率的である。
Claims (12)
- 複数の中空糸膜を収容するミドルケースと、
前記ミドルケースと結合されるキャップケースと、
前記複数の中空糸膜の端部に形成されたポッティング部と、
前記キャップケースと前記ミドルケースの端部との間に配置されてその間を気密に結合する組立部材と、
前記キャップケースの内側から前記ポッティング部の縁部側に延びて前記キャップケースと前記ポッティング部との間を気密に結合する突出部とを含む、燃料電池用膜加湿器。 - 前記キャップケースは、前記ミドルケースと結合され、前記ポッティング部の外径より大きい内径を有する大径部と、前記大径部の一面から突出し、前記ポッティング部の外径より小さい内径を有する小径部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記組立部材は、
前記キャップケースと前記ミドルケースの端部との間に配置される本体部と、
前記本体部の外側端部から前記中空糸膜の長手方向に延びて前記ミドルケースの端部の外側面に接触する第１レッグ部と、
前記本体部の内側端部から前記中空糸膜の長手方向に延びて前記ミドルケースの端部の内側面に接触する第２レッグ部とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用膜加湿器。 - 前記組立部材は、前記キャップケースの突出部と前記第２レッグ部との間に満たされる充填部をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記キャップケースの突出部は前記第２レッグ部に接触するように形成されることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記ミドルケースの端部の外側面には前記第１レッグ部を収容する段差部が設けられることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記キャップケースは、前記ミドルケースの端部に対向する面に突出した突起を含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記突出部は内側面に斜めに形成された傾斜面を含み、
前記ポッティング部は外側面に斜めに形成されて前記突出部の傾斜面に圧着される傾斜面を含むことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池用膜加湿器。 - 前記組立部材は、前記キャップケースの突出部と前記第２レッグ部との間に満たされる充填部をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記キャップケースの突出部は前記第２レッグ部に接触するように形成されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記ミドルケースの端部の外側面には前記第１レッグ部を収容する段差部が設けられることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池用膜加湿器。
- 前記キャップケースは、前記ミドルケースの端部に対向する面に突出した突起を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池用膜加湿器。
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