KR101888634B1

KR101888634B1 - 연료전지용 가습장치

Info

Publication number: KR101888634B1
Application number: KR1020120105089A
Authority: KR
Inventors: 김경주; 이진형
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2018-08-14
Also published as: KR20140038687A

Abstract

본 발명은 연료전지용 가습장치에 관한 것으로, 구체적으로는 외부공기가 유입케이스 내부를 지나 중공사가 수용된 수용공간으로 유입되는 과정에서, 상대적으로 유속이 빠르고 압력이 낮은 격벽 윈도우의 면적을 타 유입윈도우보다 크게 형성시킴으로써 타 유입윈도우와 격벽윈도우의 통과 유량 편차를 최소화 하도록 한 기술에 관한 것이다.
더불어 각 유로 개별 적으로도 구간별 압력차이가 발생되는 지점의 윈도우 면적을 달리 형성시킴으로써 각 유로 내에서의 각 윈도우별 통과 유량도 균일하게 형성시킬 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

Description

연료전지용 가습장치{HUMIDIFIER FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지에 사용되는 가습장치에 관한 것으로, 특히 수분 전달에 사용되는 외부공기가 중공사의 수용공간으로 유입되는 과정에서 각 유로 간의 통과 유량이 균일하게 형성되도록 함으로써 수분전달 효율이 향상될 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지란 수소와 산소의 결합을 통해 전기를 생산하는 발전형 전지로, 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기 생산이 가능할 뿐만 아니라 수소-산소 간 결합에 의한 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방식이므로 발전 과정에서의 공해물질 배출이 적은 장점이 있다.

이러한 연료전지 중 고분자 전해질형 연료전지는 소형화가 가능한 장점이 있어 현재 및 앞으로의 활용가치가 높다.

고분자 전해질형 연료전지는 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly; MEA)의 고분자 전해질 막에 일정량의 수분을 공급하여 적정 함수율을 유지해야만 발전효율이 유지될 수 있다.

이렇게 고분자 전해질 막을 가습하는 방법은 버블러(BUBBLER)방식과 직접분사 방식 및 가습 막 방식 등이 있는데, 그 중에서 가습막 방식은 수분을 함유하고 있는 중공사에 외부공기를 접촉시켜 공기에 함수율을 높이고, 이러한 가습공기를 전해질막에 공급하는 방식이다.

이러한 중공사 막 가습장치는 기본적으로 [도 1] 및 [도 2]와 같이 유입케이스(10)와 연결케이스(30) 및 배출케이스(20)가 전후 연결된 상태로 배치된 구조로 이루어진다.

그리고 유입케이스(10)와 배출케이스(20) 내부에는 각각 수용공간(11)이 격벽(12)을 사이에 두고 상하 적층 형성되어 있으며 각 상하 수용공간(11)과 연결케이스(30) 및 배출케이스(20) 내부에는 중공사(40)가 채워져 있는 구조로 이루어진다.

이 상태에서 외부공기가 유입케이스(10) 일측의 공기유입구(13)를 통해 유입된 뒤 상하 수용공간(11)의 상하측 유로(14) 및 각 수용공간 사이의 격벽(12) 내에 형성된 격벽유로(12-1)를 따라 이동되다가 상하측 유로(14)에 형성된 복수개의 유입윈도우(16) 및 격벽유로(12-1)에 형성된 유입윈도우(12-2)를 통해 수용공간으로 유입되어 중공사 표면과 접촉하여 1차적으로 수분을 함유한다.

그 뒤 연결케이스 내부를 지나면서 2차적으로 수분을 함유한 뒤 배출케이스 내부의 유로를 따라 이동하고 배출윈도우를 통해 수용공간으로 유입된 후 3차적으로 수분을 함유한 뒤 공기배출구를 통해 외부로 배출되는 형태로 작동된다.

그런데 이러한 종래 기술은 유입케이스(10)의 상하 수용공간(11)의 상하측 유로(14)와 격벽의 유로(12-1) 단면적이 동일하게 형성되어 있다.

외부공기가 공기유입구(13)를 통해 유입케이스(10) 내부로 공급되는 과정에서 [도 2]와 같이 외부공기는 공기유입구(13)를 빠져나옴과 동시에 상하 수용공간(11)의 곡면 모서리에 부딪힘에 따라 격벽유로(12-1) 입구 주변에서는 순간적으로 정체구간이 형성되고 이로 인해 해당 지점의 압력이 굉장히 높게 형성된다.(점으로 표시된 지점)

그리고 격벽유로(12-1)가 좁아짐에 따라 [도 3]처럼 유로 입구 주변에 비해 격벽유로(12-1) 내 공기흐름 속도가 순간적으로 증가한 뒤 반대쪽 단부 쪽으로 갈수록 줄어들게 된다.(속도가 빨라지는 구간은 점으로 표시)

더불어 격벽유로(12-1) 내 압력분포 또한 격벽유로(12-1)의 입구에서 일정구간까지는 압력이 매우 낮게 형성되며 반대쪽 단부 쪽으로 갈수록 압력이 상승 되는데, 격벽유로(12-1) 전체 구간의 압력이 상하측 유로(14) 및 상하 수용공간(11) 내 압력보다 전체적으로 낮게 형성된다.

즉 종래기술은 기본적으로 유입케이스(10) 내부에서 격벽유로(12-1) 내 압력이 상하측 유로(14) 및 상하 수용공간(11) 내 압력보다 낮게 형성되고, 공기 흐름 속도도 더 빨라지는 현상을 갖는다.

따라서 위와 같은 격벽유로(12-1) 내 압력과 상하 수용공간(11) 및 상하측 유로(14) 간의 압력차이로 인해 격벽유로(12-1)를 지나는 공기가 상하 수용공간(11)으로 원활히 유입되지 못하게 되고 오히려 상하 수용공간(11) 내 공기가 격벽유로(12-1)의 유입윈도우(12-2)를 통해 격벽유로(12-1) 내부로 유입되는 현상이 발생 된다.

따라서 격벽유로(12-1)를 통해 상하 수용공간(11)으로 공급되는 유량과 상하측 유로(14)를 통해 상하 수용공간(11)으로 공급되는 유량의 편차가 크게 형성된다.

더구나 기존에는 상하측 유로(14)와 격벽유로(12-1)의 단면적이 동일할 뿐만 아니라 상하측 유로(14)의 각 유입윈도우(16)와 격벽유로(12-1)의 유입윈도우(12-2) 간이 면적이 동일하게 형성되어 있기 때문에 이러한 유량 편차가 더 크게 발생된다.

그리고 상하측 유로(14)와 격벽유로(12-1)는 자체적으로도 공기유입구(13) 쪽에서부터 반대쪽 단부로 갈수록 압력이 증가 되고 유속은 줄어들게 된다.

이렇게 격벽유로(12-1)와 상하측 유로(14) 자체적으로도 구간별 압력편차가 형성되기 때문에,

격벽유로(12-1)의 각 유입윈도우(12-2) 중 공기유입구(13)에 가까운 유입윈도우를 통한 유입량보다 반대 단부 쪽 유입윈도우를 통한 유입량이 많아지게 된다.

그리고 상하측 유로(14)의 각 유입윈도우(16)도 공기유입구(13)에 가까운 유입윈도우를 통한 유입량보다 반대 단부 쪽 유입윈도우를 통한 유입량이 많아지게 된다.

즉 유입케이스(10) 내부에서의 격벽유로(12-1)와 상하측 유로(14) 간 압력편차와 더불어 각 유로 자체적인 구간별 압력차이로 인해 각 유입윈도우(16)(13)의 통과유량이 균일하지 못하므로, 중공사 중 유입케이스 내에 위치된 구간 전체가 공기와 균일하게 접촉되지 못하게 된다.

이러한 종래 기술을 이용한 실험결과 [도 4]의 도면을 기준으로 봤을 때 아래의 표1과 같이 격벽유로(12-1)에 형성된 유입윈도우(4, 5, 6, 7, 8, 9)를 통과하는 유량비율이 상하측 유로(14)의 유입윈도우(1, 2, 3, 10, 11, 12)를 통과하는 유량비율에 비해 현저하게 적음을 알 수 있었다.

더불어 상하측 유로(14)와 격벽유로(12-1) 자체적으로도 공기 유입구쪽에 가까운 유입윈도우(1, 4, 7, 10)에서 반대쪽 유입윈도우(3, 6, 9, 12)쪽으로 갈수록 통과유량 비율이 훨씬 많아짐을 알 수 있다.

각 윈도우의 통과유량비율(%)
①	②	③
10.9	10.9	12.6
④	⑤	⑥
4.1	4.6	6.7
⑦	⑧	⑨
3.8	4.5	7.2
⑩	⑪	⑫
11.1	11.2	12.5

대한민국 등록특허 제10-0834121호(2008.05.26.)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로,

격벽유로의 각 유입윈도우와 수용공간 주변 상하측 유입유로의 유입윈도우 간의 통과 유량 편차를 줄임으로써 공기가 중공사 전체 구간에 걸쳐 균일하게 접촉될 수 있도록 함을 목적으로 한다.

그리고 각 유로 자체내에서의 구간별 압력편차도 줄임으로써 각 유로의 각 윈도우 간 통과유량도 균일하게 분포될 수 있도록 하여 각 유로 내에서의 구간별 통과 유량편차도 줄일 수 있도록 함을 목적으로 한다.

이를 위해 제안된 본 발명의 여러 실시예는,

일측에 공기유입구가 형성되어 있고 내부에는 제1수용공간과 제2수용공간이 격벽을 사이에 두고 상하 적층 형성되어 있으며 상기 제1수용공간의 상부와 제2수용공간의 하부 구간 및 격벽의 내부에는 각각 제1, 2유로 및 격벽유로가 상기 공기유입구와 연통된 상태로 형성되어 있고 제1, 2유로 및 격벽유로에는 각각 상기 제1, 2수용공간과 연통된 제1, 2유입윈도우 및 격벽윈도우가 제1, 2수용공간 및 격벽의 폭 방향을 따라 복수 배열 형성되어 있는 유입케이스, 상기 유입케이스와 전후 간격을 두고 위치되어 있고 내부에는 수용공간이 형성되어 있고 일측에는 공기배출구가 형성되어 있는 배출케이스, 상기 배출케이스와 유입케이스 사이에 위치하고 있는 연결케이스, 상기 제1, 2수용공간에서부터 연결케이스 내부 및 배출케이스의 수용공간에 수용되어 있는 복수개의 중공사를 포함하고,

상기 격벽윈도우의 면적이 상기 제1, 2유입윈도우보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 각 격벽윈도우는 상기 공기유입구 쪽 단부쪽에서부터 반대쪽 단부로 갈수록 면적이 줄어드는 형태일 수 있다.

또한 상기 각 제1, 2유입윈도우는 상기 공기유입구 쪽 단부쪽에서부터 반대쪽 단부로 갈수록 면적이 줄어드는 형태로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1, 2유입윈도우는 원형이고 상기 격벽윈도우는 각형으로 이루어질 수 있다.

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은,

제1, 2유로보다 상대적으로 압력이 낮게 형성되는 격벽유로의 각 격벽윈도우 면적을 제1, 2유로의 각 제1, 2유입윈도우 면적보다 크게 형성시킴에 따라 기존에 비해 격벽윈도우의 통과유량이 증가됨으로써 격벽유로를 통과하는 공기가 제1, 2수용공간으로 원활히 유입될 수 있어, 제1, 2유입윈도우와의 통과유량과 편차가 최소화 되는 장점을 갖는다.

제1유로의 각 제1유입윈도우와 제2유로의 각 제2유입윈도우 및 격벽유로의 각 격벽윈도우가 각 유로 중 압력이 높아지는 지점으로 갈수록 직경을 점차 줄임으로써 각 유로 내에서 각 윈도우 간의 통과 유량 편차를 균일하게 유지할 수 있는 장점도 갖는다.

도1은 종래 가습장치의 사시도
도2는 종래 유입케이스 내 압력 분포 상태를 나타낸 정단면도
도3은 종래 유입케이스 내 유속 편차 상태를 나타낸 정단면도
도4는 종래 가습장치 전체의 윈도우 위치를 나타낸 입체도
도5는 본 발명의 일부 절개 사시도
도6은 본 발명의 전체 측단면도
도7은 유입케이스의 정단면도
도8은 각 제1, 2유입윈도우와 격벽윈도우의 형상 및 면적 차이를 나타낸 평면 개략도
도9는 배출케이스의 정단면도

이하 도면에 도시된 실시예를 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명한다.

본 발명 연료전지용 가습장치는 [도 5] 및 [도 6]에 도시된 바와 같이 크게 유입케이스(100)와 연결케이스(200), 배출케이스(300) 및 중공사(400)를 포함하여 구성된다.

먼저 유입케이스(100)는 후술하는 중공사(400)의 일측 단부가 수용되고 가습에 필요한 외부공기가 최초 유입됨과 동시에 중공사(400)와 외부공기 간의 최초 접촉이 이루어지는 부분으로,

[도 5] 내지 [도 7]과 같이 전체적으로 박스 형태이고 내부에는 중공사(400)의 수용을 위한 수용공간이 형성되어 있으며 일측에는 외부공기의 공기유입구(120)가 형성된 상태에서 공기유입구(120)와 수용공간이 유로를 통해 상호 연통된 구조로 이루어진다.

수용공간은 중간지점에 횡 방향으로 형성된 격벽(130)을 기준으로 상측에는 제1수용공간(112)이 위치되고 하측에는 제2수용공간(114)이 위치된 구조로 분할 형성된다.

즉 제1, 2수용공간(112)(114)은 격벽(130)을 기준으로 상하 적층된 형태로 형성된다.

이때 제1, 2수용공간(112)(114)은 전체적으로 사각 형태이되 각 모서리에는 곡면부(111)가 형성된 구조로 이루어진다.

이 상태에서 유입케이스(100)에는 공기유입구(120)가 형성되는데, 공기유입구(120)는 중공사(400)와의 접촉을 위한 외부공기의 유입통로 역할을 하는 것으로, 유입케이스(100)의 일측 테두리 상에 형성되되, 유입케이스(100)의 중간 지점, 즉 격벽(130)과 동일선상에 형성된다.

그리고 유입케이스(100)의 내부에는 유입유로가 형성된다.

유입유로는 후술하는 공기유입구(120)를 통해 유입된 외부공기가 제1, 2수용공간(112)(114)의 둘레를 따라 이동하여 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되도록 유도하기 위해 형성되는 것으로, 다시 분배유로(142)와 제1유로(143), 제2유로(144), 격벽유로(145) 및 혼합유로(146)로 나뉘어 구성된다.

그 중 분배유로(142)는 공기유입구(120)를 통과한 공기가 후술하는 제1, 2유로(143)(144) 및 격벽유로(145)로 분배되는 지점으로, 유입케이스(100)의 내부 중 공기유입구(120)의 출구로부터 이와 마주보는 제1, 2수용공간(112)(114)의 일측 모서리 사이 구간에 형성된다.

그리고 격벽유로(145)는 공기유입구(120)를 통해 유입된 공기가 격벽(130) 내부를 따라 이동되면서 제1수용공간(112)의 하측과 제2수용공간(114)의 상측을 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되도록 하는 역할을 한다.

이러한 격벽유로(145)는 일측이 분배유로(142)와 연결된 상태에서 격벽(130)의 폭 방향을 따라 전체적으로 형성된다.

제1유로(143)는 공기유입구(120)를 통과한 공기가 제1수용공간(112)의 상부로 유도되어 제1수용공간(112)의 상부를 지나면서 후술하는 제1유입윈도우(152)를 통해 제1수용공간(112)으로 유입되도록 하는 역할을 한다.

이러한 제1유로(143)는 일측이 분배유로(142)와 연결된 상태에서 제1수용공간(112)의 상부 둘레 및 반대쪽 단부 둘레를 감싼 상태에서 반대쪽 단부가 격벽유로(145)와 연결된 형태로 형성된다.

그리고 제2유로(144)는 공기유입구(120)를 통과한 공기가 제2수용공간(114)의 하부로 유도되어 제2수용공간(114)의 하부를 지나면서 후술하는 제2유입윈도우(154)를 통해 제2수용공간(114)으로 유입되도록 하는 역할을 한다.

이러한 제2유로(144)는 일측이 분배유로(142)와 연결된 상태에서 제2수용공간(114)의 하부 둘레 및 반대쪽 단부 둘레를 감싼 상태에서 반대쪽 단부가 격벽유로(145)와 연결된 형태로 형성된다.

따라서 이러한 구조에 의해 공기유입구(120)를 통해 유입된 공기는 분배유로(142)에서 제1유로(143)와 제2유로(144) 및 격벽유로(145)로 분배된 후 제1수용공간(112)과 제2수용공간(114)의 사이 및 외곽둘레를 따라 이동되는 구조를 갖는다.

이렇게 형성된 제1유로(143)와 제2유로(144) 및 격벽유로(145)에는 각각 제1유입윈도우(152)와 제2유입윈도우(154) 및 격벽윈도우(156)가 형성된다.

이러한 각 유입윈도우는 외부공기가 각 유로를 따라 이동하는 과정에서 제1, 2수용공간으로 유입되도록 유도하는 통로 역할을 한다.

그 중 제1유입윈도우(152)는 제1유로(143)를 따라 이동되는 공기가 제1수용공간(112)으로 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 유입케이스(100) 중 제1수용공간(112)의 상측 구간에 형성되되, 3개로 나뉘어 제1수용공간(112)의 좌우 폭방향을 따라 일정간격을 두고 배열 형성된다.

참고로 제1유입윈도우(152)의 개수는 3개로 한정되지 않고 가습장치의 크기나 처리 용량 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 각 제1유입윈도우(152)는 [도 5] 및 [도 8]에 도시된 것처럼 진원 형태의 원형구멍 형태로 형성되는데, 그 이유는 후술하는 격벽윈도우(156)와의 면적차이를 두기 위한 방법 중 하나로, 구체적인 설명은 아래의 격벽윈도우(156)의 설명과정에서 언급한다.

그리고 각 제1유입윈도우(152)는 각각 직경이 다르게 형성되는데, 구체적으로 설명하면 제1유로(143) 중 공기유입구(120)를 향하는 쪽 단부에 위치한 제1유입윈도우(152a)에서부터 반대쪽 단부에 위치한 제1유입윈도우(153c)로 갈수록 직경(B1)(B2)(B3)이 점차 줄어들게 된다.

이렇게 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)의 직경을 점차 줄이는 이유는 다음과 같다.

위에서 언급한 [도 2]처럼 외부공기가 제1유로(143)을 지나는 과정에서 제1유로(143) 내에서 공기유입구(120)쪽 방향의 단부에서부터 반대쪽 단부로 갈수록 압력이 높아져, 그만큼 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)의 통과유량도 반대쪽 단부로 갈수록 증가 되어 편차가 발생 된다.

따라서 이렇게 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)의 직경을 점차 줄여 높아진 압력만큼 통과유량을 줄임에 따라, 결국 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 간의 통과 유량을 균일화 시킬 수 있기 때문이다.

이렇게 제1유입윈도우(152)가 형성됨에 따라 제1수용공간(112)과 제1유로(143)는 각 제1유입윈도우(152)를 통해 상호 연통된 상태가 된다.

제2유입윈도우(154)는 공기가 제2유로(144)를 따라 이동되다가 제2수용공간(114)으로 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 유입케이스(100) 중 제2수용공간(114)의 하측 구간에 형성되되, 역시 3개로 나뉘어 제2수용공간(114)의 좌우 폭방향을 따라 일정간격을 두고 배열 형성된다.

이때 각 제2유입윈도우(154a)(154b)(154b)와 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)는 상호 상하 동일선상에 위치된다.

참고로 제2유입윈도우(154)의 개수 또한 3개로 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 각 제2유입윈도우(154a)(154b)(154b)도 제1유입윈도우(152)와 동일한 원형구멍 형태로 형성되는데, 그 이유 또한 후술하는 격벽윈도우(156)와의 면적차이를 두기 위한 방법으로, 아래 격벽윈도우(156)의 설명과정에서 추가적으로 설명한다.

그리고 각 제2유입윈도우(154)는 각각 직경이 다르게 형성되는데, 구체적으로 설명하면 제2유로(144) 중 공기유입구(120)를 향하는 쪽 단부에 위치한 제2유입윈도우(154a)에서부터 반대쪽 단부에 위치한 제1유입윈도우(154c)로 갈수록 직경(B1)(B2)(B3)이 점차 줄어들게 된다.

이렇게 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)의 직경을 점차 줄이는 이유는 위에서 설명한 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)간의 직경편차를 둔 이유와 동일하다.

이렇게 제2유입윈도우(154)가 형성됨에 따라 이로 인해 제2수용공간(114)과 제2유로(144)는 각 제2유입윈도우(154)를 통해 상호 연통된 상태가 된다.

격벽윈도우(156)는 격벽유로(145)를 따라 이동하던 공기가 제1수용공간(112) 및 제2수용공간(114)으로 동시에 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 격벽유로(145)를 기준으로 상하측에 동시 형성되되 상측과 하측에 각각 3개로 나뉘어 격벽의 좌우 폭 방향을 따라 일정간격을 두고 배열 형성된다.

이러한 각 격벽윈도우(156)는 제1유입윈도우(152) 및 제2유입윈도우(154)와 달리 사각 구멍 형태로 이루어지는데, 그 이유는 원형의 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 및 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)와 좌우폭을 동일하게 형성시키더라도 각 모서리 부근의 여유 공간이 더 형성되므로 상대적으로 제1, 2유입윈도우(152a)(152b)(152c), (154a)(154b)(154c)보다 면적을 더 크게 형성시킬 수 있기 때문이고, 이로 인해 결국 그만큼 상대적으로 통과유량도 늘릴 수 있기 때문이다.

그리고 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)도 격벽유로(145) 중 공기유입구(120)를 향하는 쪽 단부에 위치한 격벽윈도우(156a)에서부터 반대쪽 단부에 위치한 격벽윈도우(156c)로 갈수록 면적(A1)(A2)(A3)이 점차 줄어들게 된다.

이렇게 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 직경을 점차 줄이는 이유도 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 간의 직경편차와 각 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c) 간의 직경편차를 두는 이유와 같은데,

위에서 언급한 [도 2]처럼 외부공기가 격벽유로(145)을 지나는 과정에서 격벽유로(145) 내에서도 공기유입구(120)쪽 방향의 단부에서부터 반대쪽 단부로 갈수록 압력이 높아져, 그만큼 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 통과유량도 반대쪽 단부쪽에 위치된 격벽윈도우 일수록 증가되어 각 격벽유로 간에 통과유량의 편차가 발생된다.

따라서 이렇게 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 직경을 점차 줄여 높아진 압력만큼 통과유량을 줄임에 따라, 결국 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c) 간의 통과 유량을 균일화 시킬 수 있기 때문이다.

그리고 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 면적은 각 제1유입윈도우(152a)(152b((152c)와 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)의 면적보다 크게 형성된다.

이는 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)를 사각으로 형성시키고 각 제1, 2유입윈도우(152a)(152b((152c), (154a)(154b)(154c)를 원형으로 형성시킨 것으로도 충족이 되지만, 도면과 같이 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 전후좌우폭을 제1, 2유입윈도우(152a)(152b((152c), (154a)(154b)(154c)의 직경 보다 크게 형성시킴으로 구현한다.

제1, 2유로(143)(144)보다 압력이 낮게 형성되는 격벽유로(145)의 격벽윈도우의 면적을 상대적으로 크게 형성시킴에 따라 그만큼 격벽윈도우(156)의 통과유량이 많아지게 되어, 결국 제1, 2유입윈도우와 통과유량이 균일하게 형성된다.

즉 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)는 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 및 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)보다 크게 형성되어 격벽윈도우 전체 통과 유량이 제1유입윈도우(152) 및 제2유입윈도우(154)의 통과유량과 동일 수준이 되도록 하고,

각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 직경도 격벽유로(145) 내에서의 압력편차 지점에 따라 차이를 둠에 따라 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c) 간의 통과유량도 균일화 시키는 것이다.

더불어 각 제1유입윈도우(152a)(152b((152c)와 각 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)도 압력편차 지점에 따라 직경 차이를 둠에 따라 각 제1유입윈도우(152a)(152b((152c) 간 및 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c) 간의 통과유량도 균일화시킨다.

격벽유로(145)는 이러한 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)과 연통된 상태가 된다.

이러한 구성으로 이루어진 유입케이스(100)에는 연결케이스(200)가 연결된다.

연결케이스(200)는 후술하는 중공사(400)의 중간 지점이 수용됨과 동시에 유입케이스(100) 및 후술하는 배출케이스(300)를 연통 시키는 역할을 하는 것으로, [도 6]과 같이 양단부가 개방된 중공관 형태이고 내부에는 중공사(400)과 관통 수용되는 공간부가 형성된다.

이러한 연결케이스(200)는 일단부가 유입케이스(100)의 후단부에 연결되어 공간부가 제1, 2수용공간(112)(114)과 동시에 연통된 상태가 된다.

이러한 구조에 의해 유입케이스(100)의 제1, 2유로(143)(144) 및 격벽유로(145)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입된 공기는 제1, 2수용공간(112)(114)을 통과한 후 연결케이(200)를 연속적으로 통과하는 구조를 갖는다.

이렇게 설치된 연결케이스(200)에는 배출케이스(300)가 연결된다.

배출케이스(300)는 연결케이스(200)를 지난 외부공기가 중공사(400)의 타단부와 접촉되도록 유도한 후 외부로 배출되는 부분으로, [도 5]와 [도 6] 및 [도 9]와 같이 연결케이스(200)의 타 단부에 연결된 상태로 설치된다.

이러한 배출케이스(300)는 전체적으로 유입케이스(100)와 동일한 구조, 즉 기본적으로 내부에는 제3수용공간(312)과 제4수용공간(314)이 제2격벽(303)을 사이에 두고 상하 적층 형성되어 있다.

그리고 제3수용공간(312)의 양측부와 상측둘레에는 제3유로(301)가 형성되고 제3유로(301)에는 제1배출윈도우(313)가 제3수용공간(312)의 좌우 폭방향을 따라 복수 배열된다.

또한 제4수용공간(314)의 양측과 하측둘레에는 제4유로(302)가 형성되며 제4유로에는 제2배출윈도우(315)가 제4수용공간(314)의 좌우 폭방향을 따라 복수 배열된다.

그리고 제2격벽(303) 내부에는 제2격벽유로(316)가 형성되며, 제2격벽유로(316)에는 제2격벽윈도우(317)가 제2격벽(303)의 좌우 폭 방향을 따라 복수 배열된다.

이 상태에서 배출케이스의 일측에는 공기배출구(320)가 제3, 4유로(301)(302) 및 제2격벽유로(316)와 연통된 형태로 형성되고, 이때 공기배출구(320)의 입구 앞쪽에는 제3유로(301) 및 제4유로(302) 및 제2격벽유로(316)가 통합되는 제2혼합유로(318)가 형성된다.

이때 공기배출구(320)는 배출케이스(300) 중 유입케이스(100)의 공기유입구(120)와 대칭지점에 형성되되, 제2격벽(303)과 동일선상에 위치된다.

이러한 구조에 의해 연결케이스(200)를 통과한 공기는 제3, 4수용공간(312)(314)을 통과한 후 제1, 2배출윈도우(313)(315) 및 제2격벽윈도우(317)를 통해 제1, 2유로(143)(144) 및 제2유로(144)를 따라 이동된 뒤 제2혼합유로(318)에서 통합된 상태로 공기배출구(320)를 통해 외부로 배출된다.

이렇게 연결설치된 유입케이스(100)와 연결케이스(200) 및 배출케이스(300)에는 중공사(400)가 설치된다.

중공사(400)는 유입된 외부공기에 수분을 공급하는 수분공급원 역할을 하는 것으로, 여러 가닥이 수평 상태로 뭉쳐진 형태이고 각 중공사는 명칭 그대로 중공관 형태로 이루어진다.

이러한 뭉치 형태의 중공사(400)는 일단부가 유입케이스(100)의 제1, 2수용공간(112)(114)에 나뉘어 수용된 상태에서 중간지점이 연결케이스(200) 내부를 관통한 뒤 타단부가 배출케이스(300)의 제3, 4수용공간(312)(314)에 수용된 상태로 설치된다.

이러한 중공사(400)는 공지된 것을 사용하므로 추가적인 설명은 생략한다.

이하에서는 이러한 구성에 의한 본 실시예의 작용 및 그 과정에서 발생되는 특유의 효과를 설명하도록 한다.

먼저 수분이 각 중공사(400) 내부로 공급되면 중공사 전체가 수분을 함유한 상태가 된다.

이 상태에서 외부공기를 공기유입구(120)로 공급하면 공기유입구(120)를 통과한 공기는 [도 7]처럼 유입케이스(100) 내부의 분배유로(142)로 유입된다.

그 후 격벽유로(145)와 제1, 2유로(143)(144)로 분배 유입되고 격벽유로(145)로 유입된 공기는 격벽유로(145)를 따라 이동하는 과정에서 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되어 중공사 중 제1, 2수용공간(112)(114)에 위치한 구간과 접촉하면서 수분을 함유하게 된다.

이때 위에서 설명한 것처럼 격벽유로(145)와 공기유입구(120)가 동일선상에 위치되어 있을 뿐만 아니라 유입과정에서 공기가 제1, 2수용공간(112)(114)의 곡면부를 타고 이동하기 때문에 격벽유로(145)를 지나는 공기의 유속은 빠르게 형성되고 격벽유로의 압력은 낮게 형성된다.

그와 별개로 제1유로(143) 및 제2유로(144)로 유입된 공기는 각각 제1수용공간(112)의 상부둘레와 제2수용공간(114)의 하부둘레를 따라 이동되고 이동 과정에서 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 및 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되어 중공사와 접촉하면서 수분을 함유하게 된다.

위에서 언급한 것처럼 기존에는 격벽유로(145)를 지나는 공기의 속도가 제1, 2유로(143)(144)를 지나는 유속보다 빠르고 압력도 상대적으로 낮게 형성되므로 베르누이의 원리에 의해 격벽유로를 지나는 공기가 제1, 2수용공간(112)(114)으로 원활히 유입되지 못했다.

반면 본 발명은 기본적으로 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 면적을 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c) 및 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)보다 크게 형성시킴에 따라 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 통과유량이 증가 된다.

따라서 이렇게 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 통과유량이 증가됨에 따라 격벽유로(145) 내 유속이 제1, 2유로(143)(144)의 유속보다 빠르더라도 각 격벽유로(156a)(156b)(156c)의 통과유량이 제1, 2유입윈도우(152a)(152b)(152c), (154a)(154b)(154c)의 통과유량과 거의 동일한 수준을 유지할 수 있게 된다.

참고로 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)와 제1, 2유입윈도우(152a)(152b)(152c), (154a)(154b)(154c)간의 면적 차이는 다양하게 구현이 가능한데,

예를 들어 제1, 2유입윈도우의 면적은 기존과 동일하게 유지하되 격벽윈도우의 면적을 늘리는 형태로 구현될 수 있고, 도면과 같이 격벽윈도우의 면적을 증가시키는 반면 제1, 2유입윈도우의 직경은 기존에 비해 축소시켜 그 면적 편차가 더욱 크게 형성되도록 할 수도 있다.

그리고 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)의 면적이 공기유입구(120)쪽에 위치한 격벽윈도우(156a)부터 반대쪽 단부에 위치한 격벽윈도우(156c)갈수록 줄어들기 때문에, 통과 유량 또한 점차 줄어들게 된다.

이로 인해 기존에 공기유입구쪽과 반대쪽으로 갈수록 유량이 증가되던 것과 달리 각 격벽윈도우(156a)(156b)(156c) 간의 통과 유량이 균일하게 분포된다.

더불어 각 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)와 각 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c)도 일측으로 갈수록 직경이 작아지기 때문에 각 제1, 2유입윈도우 간의 유량 편차도 균일하게 형성된다.

이렇게 모든 제1유입윈도우(152a)(152b)(152c)와 제2유입윈도우(154a)(154b)(154c) 및 격벽윈도우(156a)(156b)(156c)를 통과하는 유량이 동일수준으로 형성되고, 이로 인해 중공사(400) 중 제1, 2수용공간(112)(114)에 수용된 구간 전체가 공기와 균일하게 접촉되어 공기의 함수효율이 향상되는 것이다.

이러한 본 발명의 구조를 이용해 실험한 결과 [도 4]를 기준으로 봤을 때 아래의 표2와 같이 각 격벽윈도우(4, 5, 6, 7, 8, 9)를 통과하는 유량비율과 각 제1, 2유입윈도우(1, 2, 3, 10, 11, 12)를 통과하는 유량비율의 편차가 최소화됨은 물론, 각 유로(143)(144)(145) 자체적으로도 공기유입구(120)쪽 윈도우(1)(4)(7)(10)의 통과유량과 반대쪽 윈도우(3)(6)(9)(12)의 통과유량 비율도 차이가 최소화 되었다.

각 윈도우의 통과유량비율(%)
①	②	③
8.1	8.2	9.0
④	⑤	⑥
7.6	7.8	8.8
⑦	⑧	⑨
7.5	7.6	8.9
⑩	⑪	⑫
8.2	8.9	9.4

이렇게 제1, 2수용공간(112)(114)을 통과하면서 중공사와 접촉된 외부공기는 연결케이스(200)를 지나면서도 중공사와 접촉되어 추가적으로 수분을 함유한 뒤 배출케이스(300)의 제3, 4수용공간(312)(314) 내에서도 중공사와 접촉된다.

그 후 제1, 2배출윈도우(313)(315)와 제2격벽윈도우(317)를 통과한 후 제3, 4유로(301)(302) 및 제2격벽유로(316)를 지나 제2혼합유로(318)에서 혼합된 상태로 공기배출구(320)를 통해 배출된다.

이상 설명한 본 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 유입케이스의 격벽윈도우의 면적을 제1, 2유입윈도우의 면적보다 크게 형성시킴에 따라 압력 간 편차를 최소화 시킴으로써, 제1, 2유로와 격벽유로 내에서의 유속차이가 발생되더라도 각 윈도우의 통과유량을 동일하게 유지시킬 수 있도록 한 구조 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.

100 : 유입케이스 112 : 제1수용공간
114 : 제2수용공간
111 : 곡면부 120 : 공기유입구
130 : 격벽
142 : 분배유로 143 : 제1유로
144 : 제2유로 145 : 격벽유로
146 : 혼합유로
152 : 제1유입윈도우 154 : 제2유입윈도우
156 : 격벽윈도우 200 : 연결케이스
300 : 배출케이스 301 : 제3유로
302 : 제4유로 303 : 제2격벽
312 : 제3수용공간
313 : 제1배출윈도우 314 : 제4수용공간
315 : 제2배출윈도우 316 : 제2격벽유로
317 : 제2격벽윈도우 320 : 공기배출구
318 : 제2혼합유로 400 : 중공사

Claims

일측에 공기유입구가 형성되어 있고 내부에는 제1수용공간과 제2수용공간이 격벽을 사이에 두고 상하 적층 형성되어 있으며 상기 제1수용공간의 상부와 제2수용공간의 하부 구간 및 격벽의 내부에는 각각 제1, 2유로 및 격벽유로가 상기 공기유입구와 연통된 상태로 형성되어 있고 제1, 2유로 및 격벽유로에는 각각 상기 제1, 2수용공간과 연통된 제1, 2유입윈도우 및 격벽윈도우가 제1, 2수용공간 및 격벽의 폭 방향을 따라 복수 배열 형성되어 있는 유입케이스,
상기 유입케이스와 전후 간격을 두고 위치되어 있고 내부에는 수용공간이 형성되어 있고 일측에는 공기배출구가 형성되어 있는 배출케이스,
상기 배출케이스와 유입케이스 사이에 위치하고 있는 연결케이스,
상기 제1, 2수용공간에서부터 연결케이스 내부 및 배출케이스의 수용공간에 수용되어 있는 복수개의 중공사
를 포함하고,
상기 격벽윈도우의 면적이 상기 제1, 2유입윈도우 면적보다 크게 형성되어 있는
연료전지용 가습장치.
제1항에서,
상기 각 격벽윈도우는 상기 공기유입구를 향하는 쪽 단부의 격벽윈도우에서부터 반대쪽 단부의 격벽윈도우로 갈수록 면적이 줄어드는 형태로 형성되어 있는
연료전지용 가습장치.
제1항 또는 제2항에서,
상기 각 제1, 2유입윈도우는 상기 공기유입구를 향하는 쪽 단부의 제1, 2유입윈도우에서부터 반대쪽 단부의 제1, 2유입윈도우로 갈수록 면적이 줄어드는 형태로 형성되어 있는
연료전지용 가습장치.
제2항에서,
상기 제1, 2유입윈도우는 원형이고,
상기 격벽윈도우는 각형으로 이루어진
연료전지용 가습장치.