KR101428186B1 - 연료전지용 막 가습 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 막 가습 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막 가습기의 입구쪽에 보조 가습기를 설치하여 연료전지 스택으로 공급되는 건조공기의 가습효율을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 막 가습 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 공기블로워를 통해 건조공기가 가습기에 공급될 때 가습기 전단에 설치된 보조 가습기에 의해 1차적으로 가습되도록 하고, 1차 가습된 공기가 가습기의 중공사막으로 들어가 다시 2차 가습되도록 함으로써, 두 번의 가습 절차에 의하여 가습 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 막 가습 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

연료전지용 막 가습 장치{Humidification device for fuel cell}
본 발명은 연료전지용 막 가습 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막 가습기의 입구쪽에 보조 가습기를 설치하여 연료전지 스택으로 공급되는 건조공기의 가습효율을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 막 가습 장치에 관한 것이다.
연료전지 스택의 작동을 위해서는 연료전지 스택내의 고분자 전해질 막에 대한 가습이 필요하며, 이에 연료전지 스택으로부터 배출되는 습윤 기체인 배출 가스(exhaust gas)의 수분과 외기로부터 공급되는 건조 기체가 서로 수분 교환하는 방식으로 작동하는 별도의 막 가습기가 사용되고 있다.
가습기 타입에는 버블러(bubbler), 인젝션(injection), 흡착제 등 여러 가지 방법이 있지만, 연료전지 자동차의 경우 패키지 면에 있어서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작고 특별한 동력을 필요로 하지 않는 막 가습기가 적용되고 있고, 특히 연료전지에 사용되는 막 가습기로서 중공사막을 이용한 것이 적합하게 사용되고 있다.
첨부한 도 5에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템의 구성중 연료전지 스택에 공기(산소)를 공급하는 공기공급 시스템에 막 가습기가 포함되며, 공기블로워(202)의 흡입 작동에 의하여 외부의 건조공기가 막 가습기(100)에 공급되고, 동시에 연료전지 스택(200)으로부터 배출된 배출가스가 막 가습기(100)내를 통과하게 되며, 이때 배출가스에 함유된 수분이 막 가습기내의 중공사막을 통과하면서 건조공기가 가습되어진다.
첨부한 도 6 내지 도 8을 참조로, 중공사막을 포함하는 종래의 막 가습기에 대한 구성 및 작용을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 기존의 막 가습기(100)는 하우징(101: housing)을 포함하고, 이 하우징(101)에는 건조공기(air)를 도입하는 공급구(102) 및 건조공기를 배출하는 배출구(103)가 형성되어 있고, 특히 상기 하우징(101)의 내부에는 중공사막 모듈(107)이 배치되어 있으며, 또한 상기 중공사막 모듈(107) 내부에는 다수의 중공사막(106)이 수납되어 있다.
또한, 상기 하우징(101)에는 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤공기의 유입을 위한 유입구(104)가 형성되고, 그 반대편에는 습윤공기의 배출을 위한 유출구(105)가 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 중공사막을 이용한 막 가습기의 동작을 살펴보면, 연료전지 스택으로부터 반응을 마치고 배출된 배출가스 즉, 습윤공기가 하우징(101)의 유입구(104)로부터 중공사막 모듈(107)의 내부로 공급되면, 그 내부의 각 중공사막(106)의 모세관 작용에 의해 습윤공기중의 수분이 분리되고, 분리된 수분은 중공사막(106)의 모세관내를 투과하면서 응축되어 중공사막(106)의 내부로 이동한다.
이어서, 수분이 분리되어진 습윤공기는 그대로 중공사막(106) 외부를 따라 이동하여 하우징(101)의 유출구(105)를 통해 배출된다.
한편, 공기블로워의 구동으로 외기(건조공기)가 하우징(101)의 공급구(102)를 통해 공급되는데, 공급구(102)를 통해 공급되는 건조공기는 중공사막(106)의 내측을 통하여 이동하게 되며, 이때 습윤공기로부터 분리된 수분이 중공사막(106)의 내측으로 이미 이동된 상태이므로, 이 수분에 의해 건조공기가 가습되는 것이며, 가습된 건조공기는 배출구(103)를 통하여 연료전지 스택쪽으로 공급되어진다.
그러나, 상기 중공사막 모듈(107)은 다수의 중공사막(106) 다발이 밀집된 컴팩트한 형태로 되어 있기 때문에, 유입구(104)를 통해 유입된 습윤공기가 중공사막 모듈의 내부로 침투하는데 어려움이 있고, 더욱이 습윤공기가 중공사막을 통해 확산되는 속도가 대단히 느리기 때문에 습윤공기가 중공사막의 내부로 침투하는데 더욱 큰 어려움이 있다.
특히, 상기 하우징(101)에 수납되어 있는 중공사막 모듈(107)에 있어서, 중공사막 모듈(107)의 외측을 통과하는 습윤공기가 하우징(101) 내에서 도 6의 이점쇄선 박스로 나타낸 중공사막 모듈(107)의 중심부로 침투하지 못하고, 도 6의 화살표에 표시된 바와 같이 주로 가장자리로 흐르게 되어, 결국 습윤공기가 중공사막 모듈(107)의 내부로 확산되는 속도가 대단히 느리기 때문에 건조공기에 대한 가습 효율을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
또한, 하우징(101)의 공급구(102)를 통하여 유입되는 건조공기가 주로 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분(도 6에서 이점쇄선 박스로 표시된 부분)으로 많이 흐르기 때문에 전체적인 가습 장치의 효율이 더욱 떨어지게 되는 문제점이 있다.
다시 말해서, 하우징(101)의 일측단부에 원주면을 따라 관통 형성된 다수개의 유입구(104)를 통해 유입된 습윤공기가 중공사막 모듈의 외곽방향을 따라 주로 흐르게 됨에 따라, 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분을 통해 주로 흐르는 건조공기와의 접촉 정도가 떨어질 수 밖에 없는 구조적 모순이 있어, 가습 효율이 떨어질 수 밖에 없다.
결국, 종래의 막 가습기는 중공사막 모듈(107)에서 모듈 중심부에 위치된 중공사막은 충분한 수분을 공급받지 못하게 되고, 이러한 이유로 인하여 가습 장치의 전체적인 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 첨부한 도 8의 시뮬레이션 실험 결과에서 잘 볼 수 있다.
즉, 도 8에서 보는 바와 같이 건조공기의 대부분이 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분으로만 흐르는 것을 확실히 알 수 있다.
다시 말해서, 하우징(101)의 공급구(102)를 통하여 유입되는 건조공기는 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분으로 주로 흐르고, 유입구(104)를 통하여 유입되는 습윤공기는 중공사막 모듈(107)의 가장자리 부분으로 흐르다 보니, 막 가습기의 가습 효율이 떨어지는 문제점이 발생하고 있고, 이러한 문제점은 특히 건조공기의 유량이 클 때, 즉 연료전지 스택에서 고출력을 낼 때 더 큰 영향을 미친다.
한편, 연료전지 스택에 대한 고출력이 요구되어 공기를 가압하여 공급하고자 할 경우에는 가습기쪽으로 유입되는 건조공기의 온도가 너무 높고, 이에 반해 겨울철의 경우에는 유입되는 건조공기의 온도가 너무 낮은 점을 감안하여, 공기블로워와 가습기 사이에 인터쿨러(intercooler)를 설치하고 있지만, 이 인터쿨러는 공기의 온도만을 조절할 뿐 공기의 흐름 경로 내지 습도 조절 기능이 없어, 결국 상기한 막 가습기의 가습 효율이 떨어지는 문제점을 해소하지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 공기블로워를 통해 건조공기가 가습기에 공급될 때 가습기 전단에 설치된 보조 가습기에 의해 1차적으로 가습되도록 하고, 1차 가습된 공기가 가습기의 중공사막으로 들어가 다시 2차 가습되도록 함으로써, 두 번의 가습 절차에 의하여 가습 성능을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지용 막 가습 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤공기의 유입 및 배출을 위한 유입구 및 유출구가 형성되고, 공기블로워로부터의 건조공기를 도입하는 공급구 및 배출구가 형성된 막 가습기의 하우징과; 상기 하우징의 내부에 건조공기를 수용하도록 배치된 중공사막 모듈; 을 포함하는 연료전지용 막 가습 장치에 있어서, 상기 공기블로워로부터의 건조공기를 연료전지 스택에서 배출된 습윤공기와 접촉시키는 가습 구조로 제작되어, 건조공기를 1차로 습윤시켜서 막 가습기의 중공사막 모듈내로 공급하도록 한 보조가습기를 하우징의 공급구 내에 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 가습 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 보조가습기는 막 가습기용 하우징내의 공급구에 밀착 조립되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 보조가습기는: 전후면에 건조공기 흐름을 유도하는 패턴홀이 관통 형성된 케이스와; 케이스의 내부에 양단이 고정되는 다수의 보조 중공사막과; 케이스의 상단부에 일체로 형성되어 보조 중공사막내로 습윤공기를 공급하는 습윤공기 유입포트와; 케이스의 하단부에 일체로 형성되어 중공사막내의 잔여 습윤공기를 외부로 배출시키는 습윤공기 배출포트; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조가습기의 케이스의 외주단부에는 막 가습기용 하우징 내에 있는 중공사막 모듈의 공급구측 전면에 조립되는 장착단이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보조가습기의 케이스의 전후면에 형성된 패턴홀은 내부의 보조 중공사막과 수직 교차되는 장공이 좌우방향을 따라 교번 배열을 이루도록 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 공기블로워로부터의 건조공기가 막 가습기로 공급되기 직전에 막 가습기의 전단에 설치된 보조 가습기에 의해 1차적으로 가습되도록 하고, 1차 가습된 공기가 가습기의 중공사막으로 들어가 다시 2차 가습되도록 함으로써, 두 번의 가습 절차에 의하여 가습 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 보조 가습기의 케이스에 형성된 패턴홀에 의하여 막 가습기의 중공사막 다발의 중심부 및 외곽부까지 1차 습윤된 공기가 고르게 확산 공급되도록 함으로써, 기존에 막 가습기의 중공사막들중 중앙부에만 공기의 흐름이 집중되던 점을 해소하여, 막 가습기의 균일한 가습성능을 제공할 수 있다.
또한, 건조공기가 보조 가습기에서 1차 가습되어 가습효율이 향상되도록 함으로써, 막 가습기내의 중공사막 모듈을 이루는 중공사막 갯수를 줄일 수 있고, 이를 통하여 기존 가습기 대비 가격을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 보조 가습기가 기존 막 가습기내에 일체형으로 조립되므로, 막 가습기의 크기가 증가되지 않는 등 패키지에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 막 가습 장치의 보조가습기를 나타내는 사시도 및 단면도,
도 3 및 도 4은 본 발명에 따른 연료전지용 막 가습 장치의 보조가습기가 설치된 상태를 나타내는 사시도 및 단면사시도,
도 5는 연료전지 시스템의 공기 공급 시스템을 설명하는 개략도,
도 6은 종래의 연료전지용 막 가습기를 나타내는 종단면도,
도 7은 종래의 연료전지용 막 가습기를 나타내는 횡단면도,
도 8은 종래의 연료전지용 가습기에서 발생되는 문제점을 설명하는 시뮬레이션 실험 결과 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 공기블로워를 통해 건조공기가 막 가습기에 공급될 때 막 가습기 전단에 설치된 보조가습기에 의해 건조공기의 1차 가습이 이루어지도록 하고, 1차 가습된 공기가 막 가습기의 중공사막으로 들어가 다시 2차 가습되도록 함으로써, 두 번의 가습 절차에 의하여 가습 성능을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
도 4를 참조하면, 연료전지 시스템의 공기공급 시스템은 연료전지 스택에 공기(산소)를 공급하기 위하여 공기블로워(202) 및 막 가습기(100)를 포함한다.
상기 막 가습기(100)의 하우징(101) 일측에는 공기블로워(202)와 연결되는 건조공기 공급구(102)가 형성되고, 타측에는 연료전지스택(200)의 공기극과 연결되는 습윤화된 건조공기 배출구(103)가 형성되며, 또한 하우징(101)의 내부에는 다수의 중공사막(106)이 다발화되어 그 양단이 고정된 중공사막 모듈(107)이 배치되어 있다.
또한, 상기 하우징(101)에는 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤공기의 유입을 위한 유입구(104)가 형성되고, 그 반대편에는 습윤공기의 배출을 위한 유출구(105)가 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 첨부한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 공기블로워(202)로부터의 건조공기를 연료전지 스택(200)에서 배출된 습윤공기와 접촉시켜 1차 가습시킨 후 막 가습기(100)의 중공사막 모듈(107)내로 공급하도록 한 보조가습기(120)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 보조가습기(120)는 공기블로워(202)로부터의 건조공기를 1차로 습윤시켜서 막 가습기(100)의 중공사막모듈(107)의 각 중공사막(106)내로 공급하는 역할을 하는 것으로서, 하우징(101)의 공급구(102) 내에 설치된다.
상기 보조가습기(120)는 내부가 빈 케이스(122)를 골격체로 하는 바, 이 케이스(122)의 전후면에는 건조공기를 막 가습기(100)의 각 중공사막(106)에 고르게 확산 유도하는 패턴홀(121)이 관통 형성된다.
이때, 상기 케이스(122)의 내부에는 다수의 보조 중공사막(123)이 설치되는데, 바람직하게는 보조 중공사막(123)의 상하단부를 포팅재(보조 중공사막의 양단을 잡아주기 위한 일종의 접착제)로 고정시켜서 케이스(122)내에 상하로 배열시키게 되며, 각 보조 중공사막(123)의 입구 및 출구는 노출되는 상태가 된다.
상기 케이스(122)의 상단부에는 보조 중공사막(123)의 입구를 통하여 그 내부로 습윤공기를 공급하기 위한 습윤공기 유입포트(124)가 일체로 형성되고, 또한 케이스(122)의 하단부에 보조 중공사막(123)내의 잔여 습윤공기를 외부로 배출시키는 습윤공기 배출포트(125)가 일체로 형성된다.
바람직하게는, 상기 습윤공기 유입포트(124)는 연료전지 스택(200)에서 막 가습기(100)로 배출되는 습윤공기를 이용할 수 있도록 연료전지 스택(200)에서 막 가습기(100)로 연결되는 라인을 분기시켜 습윤공기 유입포트(124)에 연결시키도록 한다.
바람직한 일 실시예로서, 상기 보조가습기(120)의 케이스(122)의 전후면에 형성된 패턴홀(121)은 케이스(122)내의 보조 중공사막(123)과 수직 교차되는 장공이 좌우방향을 따라 교번 배열을 이루도록 형성된다.
한편, 공기블로워(202)에서 공급되는 건조공기의 공기 흐름을 바꾸기 위해서케이스(122)에 형성된 패턴홀(121)의 패턴 형상을 여러가지 다양한 형상으로 변경 가능함은 물론이고, 또는 공기블로워(202)에서 공급되는 건조공기의 공기 흐름을 바꾸기 위해서 보조가습기(120)내의 보조 중공사막의 배치방향도 변경 가능하다.
상기한 보조가습기(120)를 막 가습기(100)에 일체로 장착하기 위한 수단으로서, 보조가습기(120)의 케이스(122)의 외주단부에는 막 가습기(100)용 하우징(101)내에 있는 중공사막 모듈(107)의 공급구측 전면에 볼트 또는 스크류 등을 이용하여 조립되는 장착단(126)이 일체로 형성된다.
따라서, 상기 보조가습기(120)를 막 가습기(100)용 하우징(101)내의 공급구(102)에 밀착시킨 다음, 공급구(102) 외주벽면에 밀착된 케이스(122)의 장착단(126)을 통하여 볼트 또는 스크류와 같은 조립수단을 삽입 체결함으로써, 막 가습기(100)용 하우징(101)내의 공급구(102)에 보조가습기(120)가 설치 완료된 상태가 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 연료전지용 막 가습 장치에 대한 작동 흐름을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 연료전지 스택으로부터 반응을 마치고 배출된 배출가스 즉, 습윤공기가 하우징(101)의 유입구(104)로부터 중공사막 모듈(107)의 내부로 공급되는 동시에 상기 보조가습기(120)의 습윤공기 유입포트(124)를 통하여 보조 중공사막(123)내로 들어간다.
이어서, 각 보조 중공사막(123)의 모세관 작용에 의해 습윤공기중의 수분이 분리되어 보조 중공사막(123)의 외부로 이동한다.
이와 동시에, 상기 공기블로워(202)의 구동으로 외기(건조공기)가 하우징(101)의 공급구(102)로 공급되는데, 이때 건조공기가 케이스(122)의 전체 표면에 고르게 관통 형성된 패턴홀(121)을 통과하는 동시에 보조 중공사막(123)의 외부로 이동한 수분과 접촉하는 1차 가습이 이루어진다.
이렇게 보조가습기(120)에서 1차적으로 열 및 수분 교환이 이루어져 막 가습기(100)의 공급구에 공급되는 건조공기의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있음은 물론, 1차 가습이 이루어져 막 가습기(100)에서의 2차 가습이 보다 수월하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 보조가습기(120)에서 1차 가습된 건조공기는 막 가습기(100)의 중공사막(106)내로 유입되어 2차 가습이 이루어지게 된다.
즉, 연료전지 스택으로부터 반응을 마치고 배출된 배출가스 즉, 습윤공기가 하우징(101)의 유입구(104)로부터 중공사막 모듈(107)쪽으로 유입되는 단계와, 습윤공기중의 수분이 각 중공사막(106)을 모세관 현상에 의하여 투과하는 동시에 응축되어 중공사막(106)의 내부로 이동하는 단계와, 중공사막(106)의 내부로 이동한 수분에 의하여 중공사막(106)의 내부를 통과하던 1차 가습 공기에 대한 2차 가습이 이루어지는 단계가 진행된다.
이때, 상기 보조가습기(120)에서 1차 가습된 공기는 케이스(122)의 패턴홀(121)을 통과함에 따라, 막 가습기(100)의 각 중공사막(106)에 균일하게 확산되며 공급될 수 있고, 그에 따라 기존에 막 가습기(100)의 중앙영역의 중공사막(106)을 따라 주로 흐르던 공기의 흐름이 전체 중공사막(106)에 균일하게 분배되어 흐르게 된다.
따라서, 막 가습기(100)의 전체 중공사막(106)이 가습 기능을 고르게 발휘하게 되므로, 건조공기에 대한 가습 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 막 가습기(100)의 도입부에 보조가습기(120)를 설치하여, 건조공기가 가습기에 공급될 때 건조공기를 1차 가습하도록 하고, 이어서 막 가습기의 중공사막으로 들어가 실질적인 2차 가습이 이루어지도록 함으로써, 두 번의 가습 절차에 의거 가습 성능을 향상시킬 수 있다.
100 : 막 가습기 101 : 하우징
102 : 공급구 103 : 배출구
104 : 유입구 105 : 유출구
106 : 중공사막 107 : 중공사막 모듈
110 : 내부 관통형 유로 112 : 유도구
114 : 습윤공기 배출홀 116 : 습윤공기 유도체
120 : 보조가습기 121 : 패턴홀
122 : 케이스 123 : 보조 중공사막
124 : 습윤공기 유입포트 125 : 습윤공기 배출포트
126 : 장착단 200 : 연료전지 스택
202 : 공기블로워

Claims (5)

  1. 연료전지 스택(200)으로부터 배출된 습윤공기의 유입 및 배출을 위한 유입구(104) 및 유출구(105)가 형성되고, 공기블로워(202)로부터의 건조공기를 도입하는 공급구(102) 및 배출구(103)가 형성된 막 가습기(100)의 하우징(101)과; 상기 하우징(101)의 내부에 건조공기를 수용하도록 배치된 중공사막 모듈(107); 을 포함하는 연료전지용 막 가습 장치에 있어서,
    상기 공기블로워(202)로부터의 건조공기를 연료전지 스택(200)에서 배출된 습윤공기와 접촉시키는 가습 구조로 제작되어, 건조공기를 1차로 습윤시켜서 막 가습기(100)의 중공사막 모듈(107)내로 공급하도록 한 보조가습기(120)를 하우징(101)의 공급구(102) 내에 설치하고,
    상기 보조가습기(120)는:
    전후면에 건조공기 흐름을 유도하는 패턴홀(121)이 관통 형성된 케이스(122)와;
    케이스(122)의 내부에 양단이 고정되는 다수의 보조 중공사막(123)과;
    케이스(122)의 상단부에 일체로 형성되어 보조 중공사막(123)내로 습윤공기를 공급하는 습윤공기 유입포트(124)와;
    케이스(122)의 하단부에 일체로 형성되어 중공사막(123)내의 잔여 습윤공기를 외부로 배출시키는 습윤공기 배출포트(125);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 가습 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조가습기(120)는 막 가습기(100)용 하우징(101)내의 공급구(102)에 밀착 조립되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 가습 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조가습기(120)의 케이스(122)의 외주단부에는 막 가습기(100)용 하우징(101) 내에 있는 중공사막 모듈(107)의 공급구측 전면에 조립되는 장착단(126)이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 막 가습 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조가습기(120)의 케이스(122)의 전후면에 형성된 패턴홀(121)은 내부의 보조 중공사막(123)과 수직 교차되는 장공이 좌우방향을 따라 교번 배열을 이루도록 형성된 것임을 특징으로 하는 연료전지용 막 가습 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN109378505B (zh) * 2018-10-18 2024-03-22 南通博凡能源有限公司 加湿器组件
KR20210067366A (ko) * 2019-11-29 2021-06-08 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기
KR20220109051A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지 막가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
KR20220127989A (ko) * 2021-03-12 2022-09-20 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지 막가습기

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216814A (ja) * 2001-01-22 2002-08-02 Honda Motor Co Ltd 加湿部を有する燃料電池システムおよびこれを用いた加湿方法
KR20030082418A (ko) * 2002-04-15 2003-10-22 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 연료전지 시스템
JP2004363027A (ja) 2003-06-06 2004-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池の加湿方法および燃料電池システム
JP2007287631A (ja) * 2006-04-20 2007-11-01 Casio Comput Co Ltd 加湿装置、発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216814A (ja) * 2001-01-22 2002-08-02 Honda Motor Co Ltd 加湿部を有する燃料電池システムおよびこれを用いた加湿方法
KR20030082418A (ko) * 2002-04-15 2003-10-22 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 연료전지 시스템
JP2004363027A (ja) 2003-06-06 2004-12-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池の加湿方法および燃料電池システム
JP2007287631A (ja) * 2006-04-20 2007-11-01 Casio Comput Co Ltd 加湿装置、発電装置及び中空糸膜モジュールの製造方法

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