KR102304857B1 - 연료전지용 막가습기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 내부공간을 구비하되, 습윤공기가 유입 및 유출되는 습윤공기 유입관 및 습윤공기 배출관과, 건조공기가 유입 및 유출되는 건조공기 유입관 및 건조공기 배출관을 구비하는 하우징; 중공사막이 내장된 중공관 형상을 이루며, 길이방향 양측에 각각 다수 개의 연통공이 형성된 중공사막 카트리지; 상기 하우징의 내부에 착탈 가능한 구조로 장착되며, 상기 중공사막 카트리지가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 둘 이상의 지지판;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 중공사막 카트리지가 착탈 가능한 구조로 하우징 내에 체결되므로 중공사막 카트리지의 배열방식이 다양하게 변경될 수 있고, 중공사막 카트리지의 공용화를 통해 제조비용 절감이 가능해지며, 하우징 내부유로가 다양한 구조로 변경 가능하다는 장점이 있다.

Description

연료전지용 막가습기 {Humidification device for fuel cell}
본 발명은 중공사막 카트리지를 구비하는 연료전지용 막가습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 중공사막 카트리지가 별도의 지지판에 의해 하우징 내에 장착되도록 구성되어 중공사막 카트리지의 배열구조 및 유로구성을 다양하게 변경시킬 수 있는 연료전지용 막가습기에 관한 것이다.
연료 전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료 전지는 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, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.
이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체 산화물형 연료 전지(SOFC), 및 알칼리형 연료 전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전 장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료 전지의 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. 고분자 전해질 막을 가습하는 방법으로는, 1) 내압용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 2) 연료 전지 반응에 필요한 공급 수분량을 계산하여 솔레노이드 밸브를 통해 가스 유동관에 직접 수분을 공급하는 직접분사(direct injection) 방식, 및 3) 고분자 분리막을 이용하여 가스의 유동층에 수분을 공급하는 가습 막 방식 등이 있다.
이들 중에서도 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 가스에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 가습 막 방식이 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 장점이 있다.
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 연료 전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료 전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
이때, 상기 중공사막은 원통 형상의 중공사막 카트리지 내부에 채워지고, 상기 중공사막 카트리지는 하우징 내부에 설치된다. 일반적으로 상기 중공사막 카트리지는 에폭시에 의해 하우징 내부에 고정되는데, 이와 같이 중공사막 카트리지가 에폭시에 의해 고정되는 경우 상기 중공사막 카트리지를 교체할 수 없을뿐만 아니라, 하나의 하우징에 설치되는 중공사막 카트리지의 개수 및 배열구조를 변경시키는데 많은 어려움이 있다는 단점이 있다. 또한, 종래의 막가습기의 경우 하우징의 내부공간이 복수의 공간으로 격리되지 아니하는바, 하우징 내부의 유로를 변경시키고자 하는 경우 하우징을 새롭게 설계 및 제작해야 한다는 문제점이 있다.
KR 10-2019-0085716 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 중공사막 카트리지를 착탈 가능한 구조로 하우징 내에 체결할 수 있고, 하우징 내부를 다양한 구조로 격리시킬 수 있어 하우징 내부유로 구성을 용이하게 변경시킬 수 있는 연료전지용 막가습기를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 내부공간을 구비하되, 습윤공기가 유입 및 유출되는 습윤공기 유입관 및 습윤공기 배출관과, 건조공기가 유입 및 유출되는 건조공기 유입관 및 건조공기 배출관을 구비하는 하우징; 중공사막이 내장된 중공관 형상을 이루며, 길이방향 양측에 각각 다수 개의 연통공이 형성된 중공사막 카트리지; 상기 하우징의 내부에 착탈 가능한 구조로 장착되며, 상기 중공사막 카트리지가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 둘 이상의 지지판;을 포함하여 구성된다.
상기 둘 이상의 지지판은, 상기 하우징의 내부공간을 가로지르도록 상호 평행하게 배열되고, 상기 지지판의 가장자리를 둘러싸도록 체결되어 상기 지지판의 가장자리와 상기 하우징의 내벽 사이를 밀폐시키는 가스켓링을 더 포함하여, 상기 하우징의 내부공간이 상기 둘 이상의 지지판에 의해 격리되도록 구성된다.
상기 습윤공기 배출관은 상기 하우징의 길이방향 일측에 형성되고 상기 습윤공기 유입관은 상기 하우징의 길이방향 타측에 형성되며, 상기 건조공기 유입관은 상기 하우징의 상면 중 상기 습윤공기 배출관과 가까운 측에 형성되고, 상기 건조공기 배출관은 상기 하우징의 상면 중 상기 습윤공기 유입관과 가까운 측에 형성된다.
상기 하우징은, 길이방향 양단이 개방된 중공관 형상으로 형성되어 상기 중공사막 카트리지와 지지판이 내부에 장착되는 몸체와, 상기 몸체의 길이방향 양단을 덮도록 결합되는 제1 엔드캡 및 제2 엔드캡을 포함하여 구성된다.
상기 습윤공기 배출관은 상기 제1 엔드캡에 마련되고, 상기 습윤공기 유입관은 상기 제2 엔드캡에 마련되며, 상기 건조공기 유입관 및 건조공기 배출관은 상기 몸체의 일측 벽면에 마련되되, 상기 몸체의 길이방향을 따라 이격 배열된다.
상기 지지판은, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 일단이 삽입되는 제1 지지판과, 상기 중공사막 카트리지의 중단이 삽입되는 제2 지지판과, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 타단이 삽입되는 제3 지지판으로 구성되고,
상기 제3 지지판으로부터 상기 하우징의 길이방향 타측으로 연장되어, 상기 제3 지지판과 상기 하우징의 길이방향 타측 내벽 사이의 공간을 상기 중공사막 카트리지와 직접 연통되지 아니하는 제1 공간과 상기 중공사막 카트리지와 직접 연통되는 제2 공간으로 분할하는 격판을 더 포함하며,
상기 제3 지지판 중 상기 제2 공간과 대응되는 부위에는 상기 중공사막 카트리지가 장착되지 아니한 관통공이 구비된다.
상기 습윤공기 유입관은 상기 제1 공간과 연통되도록 장착되며, 상기 습윤공기 배출관은 상기 하우징의 길이방향 일단에 형성되고, 상기 건조공기 유입관은 상기 하우징의 내부공간 중 상기 제1 지지판과 제2 지지판 사이의 공간과 연통되도록 장착되며, 상기 건조공기 배출관은 상기 제2 공간과 연통되도록 장착된다.
상기 하우징은, 내부공간이 상측으로 개방되어 상기 중공사막 카트리지와 지지판이 내부에 장착되는 로어하우징과, 상기 로어하우징의 개방된 상면을 덮는 어퍼하우징으로 구성된다.
상기 습윤공기 배출관과 상기 건조공기 유입관은 상기 로어하우징에 구비되고, 상기 습윤공기 유입관과 상기 건조공기 배출관은 상기 어퍼하우징에 구비된다.
본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 중공사막 카트리지가 착탈 가능한 구조로 하우징 내에 체결되므로 중공사막 카트리지의 배열방식이 다양하게 변경될 수 있고, 중공사막 카트리지의 공용화를 통해 제조비용 절감이 가능해지며, 하우징 내부유로가 다양한 구조로 변경 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 지지판의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 중공사막 카트리지의 사시도 및 단면사시도이다.
도 7 및 도 8은 지지판의 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 내부구성을 도시하는 사시도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예에 포함되는 지지판의 사시도이다.
도 13은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 건조공기 유동경로를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 지지판의 사시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 중공사막 카트리지의 사시도 및 단면사시도이다.
본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 건조공기와 습윤공기가 하나의 중공사막을 반대방향으로 흐르면서 습기를 전달하도록 구성되는 중공사막 방식의 가습기로서, 중공사막이 내부에 인입되는 카트리지가 착탈 가능한 구조로 장착된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 내부공간을 구비하는 하우징(100)과, 중공사막(미도시)이 내장된 중공관 형상을 이루며 길이방향 양측에 각각 다수 개의 연통공(410)이 형성된 중공사막 카트리지(400)와, 상기 하우징(100)의 내부에 착탈 가능한 구조로 장착되며 상기 중공사막 카트리지(400)가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 둘 이상의 지지판(300)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 지지판(300)은 에폭시에 의해 하우징(100)에 고정 결합되는 것이 아니라, 하우징(100)에 착탈 가능하도록 끼워맞춤 방식으로 결합되는바, 사용자는 각 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)들을 하우징(100)으로부터 쉽게 탈거시킬 수 있고, 이에 따라 중공사막 카트리지(400)를 용이하게 교체할 수 있게 된다는 장점이 있다.
이때, 상기 지지판(300)의 외측단과 하우징(100)의 내벽 사이가 완벽하게 밀폐될 수 있도록, 상기 지지판(300)의 외측단에는 가스켓링(310)이 구비된다. 또한, 상기 지지판(300)에는 중공사막 카트리지(400)가 삽입되는 관통공(302)이 형성되는데, 상기 관통공(302)의 내측면과 중공사막 카트리지(400)의 외측면 사이가 밀폐될 수 있도록 상기 관통공(302)의 내측면에도 오링(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이 상기 지지판(300)의 외측단에 가스켓링(310)이 형성되는 경우, 상기 하우징(100)의 내부공간이 상기 둘 이상의 지지판(300)에 의해 격리될 수 있도록, 상기 둘 이상의 지지판(300)은 상기 하우징(100)의 내부공간을 가로지르도록 상호 평행하게 배열될 수 있다. 이와 같이 하우징(100)의 내부공간이 둘 이상의 지지판(300)에 의해 격리되면, 건조공기 배출관(240)을 통해 유입된 건조공기가 모두 중공사막 카트리지(400)의 연통공(410)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입되는바, 건조공기 가습효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 하우징(100)에는, 습윤공기가 유입 및 유출되는 습윤공기 유입관(210) 및 습윤공기 배출관(220)과, 건조공기가 유입 및 유출되는 건조공기 유입관(230) 및 건조공기 배출관(240)이 구비된다. 습윤공기는 습윤공기 유입관(210)을 통해 하우징(100) 내부로 유입되어 중공사막 카트리지(400) 내부를 통과한 후 습윤공기 배출관(220)을 통해 하우징(100) 외부로 배출된다(도 3의 실선 화살표 참조). 또한 건조공기는 건조공기 유입관(230)을 통해 하우징(100) 내부로 유입되어 중공사막 카트리지(400) 내부를 통과한 후 건조공기 배출관(240)을 통해 하우징(100) 외부로 배출된다(도 3의 점선 화살표 참조).
이때, 상기 습윤공기 배출관(220)은 상기 하우징(100)의 길이방향 일측에 형성되고 상기 습윤공기 유입관(210)은 상기 하우징(100)의 길이방향 타측에 형성되며, 상기 건조공기 유입관(230)은 상기 하우징(100)의 상면 중 상기 습윤공기 배출관(220)과 가까운 측에 형성되고, 상기 건조공기 배출관(240)은 상기 하우징(100)의 상면 중 상기 습윤공기 유입관(210)과 가까운 측에 형성된다. 따라서 습윤공기와 건조공기는 하나의 중공사막 카트리지(400) 내부를 서로 반대 방향으로 지나게 되는데, 이와 같은 과정에서 습윤공기에 포함되어 있던 수분 일부가 건조공기에 혼합되어 상기 건조공기의 가습 효과를 가져오게 된다.
물론, 습윤공기와 건조공기가 하나의 중공사막 카트리지(400) 내부를 지날 때 상호 동일한 방향으로 흐르도록 구성될 수도 있으나, 습윤공기와 건조공기가 동일한 방향으로 흐르면 종공사막 카트리지 중 습윤공기와 건조공기가 처음 만나는 부위에서만 가습효과가 발생되고 반대편에서는 가습효과가 매우 미미해진다는 단점이 있다. 따라서 본 발명에 의한 막가습기는 건조공기의 가습효과가 중공사막 카트리지(400)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 발생될 수 있도록, 상기 습윤공기와 건조공기는 유동 방향이 반대를 이루도록 설정됨이 바람직하다. 이와 같이 습윤공기와 건조공기가 상호 반대방향으로 흐르면서 건조공기에 가습이 되는 방식은 종래의 막가습기에도 실질적으로 동일하게 구현되고 있는바, 상기 중공사막 카트리지(400) 내에서 건조공기가 가습되는 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 하우징(100)은 다수 개의 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)가 용이하게 착탈될 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 하우징(100)은, 길이방향 양단이 개방된 중공관 형상으로 형성되어 상기 중공사막 카트리지(400)와 지지판(300)이 내부에 장착되는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 길이방향 양단을 덮도록 결합되는 제1 엔드캡(120) 및 제2 엔드캡(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 상기 하우징(100)이 몸체(110)와 제1 엔드캡(120) 및 제2 엔드캡(130)으로 구성되면, 사용자는 제1 엔드캡(120)이나 제2 엔드캡(130)을 몸체(110)로부터 분리시킨 후, 다수 개의 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)를 인출시킬 수 있고, 또 다른 종류의 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)를 하우징(100) 내부에 장착시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)이 몸체(110)와 제1 엔드캡(120) 및 제2 엔드캡(130)으로 구성되는 경우, 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)의 타측 끝단으로 유입되어 일측 끝단으로 배출될 수 있도록, 상기 습윤공기 배출관(220)은 상기 제1 엔드캡(120)에 마련되고, 상기 습윤공기 유입관(210)은 상기 제2 엔드캡(130)에 마련됨이 바람직하다. 또한 건조공기가 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측에 형성된 연통공(410)을 통해 중공사막 카트리지(400)의 내측으로 유입된 후 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타측에 형성된 연통공(410)을 통해 배출될 수 있도록, 상기 건조공기 유입관(230) 및 건조공기 배출관(240)은 상기 몸체(110)의 일측 벽면에 마련되되 상기 몸체(110)의 길이방향을 따라 이격 배열됨이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 지지판(300)의 다른 실시예를 도시한다.
연료전지용 막가습기는 가습용량 및 가습특성에 따라 중공사막 카트리지(400)의 구성이 다양하게 변경 적용된다. 이때 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 상기 언급한 바와 같이 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)가 하우징(100)으로부터 용이하게 탈거 및 장착될 수 있으므로, 막가습기의 규격에 변동이 발생되었을 때 중공사막 카트리지(400)의 구성을 다양하게 변경시킬 수 있게 된다.
중공사막 카트리지(400)의 구성이 변경되더라도 하우징(100)은 공용으로 사용할 수 있도록, 상기 지지판(300)은 다양한 구조로 제작될 수 있다. 예를 들어 상기 지지판(300)은 도 7에 도시된 바와 같이 2개의 중공사막 카트리지(400)만이 장착될 수 있도록 각각의 지지판(300)이 관통공(302)이 2개만 형성될 수 있다. 또한, 3개의 지지판(300) 중 어느 하나에 바이패스홀(303)을 형성함으로써, 하우징(100) 내부에 과도한 압력이 발생하는 현상을 방지하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 지지판(300)은 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 중공사막 카트리지(400)만이 장착될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이와 같은 경우, 도 7에 도시된 실시예보다 직경이 큰 중공사막 카트리지(400)를 설치할 수 있으므로, 습윤공기와 건조공기의 유동패턴을 다양하게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서는 각 지지판(300)에 2개의 중공사막 카트리지(400)가 설치되는 실시예와, 각 지지판(300)에 1개의 중공사막 카트리지(400)가 설치되는 실시예만을 도시하고 있으나, 각 지지판(300)에 설치되는 중공사막 카트리지(400)의 개수는 설계자의 선택에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 내부구성을 도시하는 사시도이며, 도 11 및 도 12는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예에 포함되는 지지판(300)의 사시도이고, 도 13은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기 제2 실시예의 건조공기 유동경로를 도시한다.
본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 다수 개의 지지판(300)에 의해 하우징(100) 내부가 격리되므로, 습윤공기 유동경로와 건조공기 유동경로를 다양하게 변경시킬 수 있다.
예를 들어 상기 지지판(300)이 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일단이 삽입되는 제1 지지판(300a)과, 상기 중공사막 카트리지(400)의 중단이 삽입되는 제2 지지판(300b)과, 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타단이 삽입되는 제3 지지판(300c)으로 구성되는 경우, 하우징(100) 내부공간은 4개의 공간으로 격리된다.
또한, 상기 제3 지지판(300c)으로부터 상기 하우징(100)의 길이방향 타측으로 연장되는 격판(304)을 추가함으로써, 상기 제3 지지판(300c)과 상기 하우징(100)의 길이방향 타측 내벽 사이의 공간을 다시 2개의 공간 즉, 상기 중공사막 카트리지(400)와 직접 연통되지 아니하는 제1 공간(101)과 상기 중공사막 카트리지(400)와 직접 연통되는 제2 공간(102)으로 분할할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 제3 지지판(300c) 중 상기 제2 공간(102)과 대응되는 부위에 상기 중공사막 카트리지(400)가 장착되지 아니한 관통공(302)을 확보함으로써, 습윤공기 유입관(210)과 건조공기 배출관(240)의 위치를 나란하게 형성할 수 있다. 즉, 상기 습윤공기 유입관(210)은 상기 제1 공간(101)과 연통되도록 장착되고, 상기 습윤공기 배출관(220)은 상기 하우징(100)의 길이방향 일단에 형성되며, 상기 건조공기 유입관(230)은 상기 하우징(100)의 내부공간 중 상기 제1 지지판(300a)과 제2 지지판(300b) 사이의 공간과 연통되도록 장착되고, 상기 건조공기 배출관(240)은 상기 제2 공간(102)과 연통되도록 장착될 수 있다.
이와 같은 구조로 각 유입관 및 배출관이 형성되면, 습윤공기 유입관(210)을 통해 제1 공간(101)으로 유입된 습윤공기는 도 10의 화살표방향과 같이 제3 지지판(300c)의 관통공(302)과 연통공(410)을 통해 중공사막 카트리지(400)의 내부로 유입될 수 있고, 건조공기 유입관(230)을 통해 제1 지지판(300a)과 제2 지지판(300b) 사이의 공간으로 유입된 건조공기는 도 13의 점선 화살표와 같이 연통공(410)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입되어 제2 공간(102)으로 배출된 후 건조공기 배출관(240)을 통해 하우징(100) 외부로 배출될 수 있게 된다. 따라서 설계자는 습윤공기 유입관(210)의 위치를 하우징(100)의 상측으로 옮길 수 있고, 건조공기 유입관(230)의 위치를 하우징(100)의 측면으로 옮길 수 있으므로, 습윤공기 및 건조공기의 유동경로를 보다 자유롭게 설계할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 각 지지판(300) 및 이에 삽입된 중공사막 카트리지(400)를 보다 용이하게 착탈시킬 수 있도록, 상기 하우징(100)은 본 실시예에 도시된 바와 같이 내부공간이 상측으로 개방되어 상기 중공사막 카트리지(400)와 지지판(300)이 내부에 장착되는 로어하우징(140)과, 상기 로어하우징(140)의 개방된 상면을 덮는 어퍼하우징(150)으로 구성될 수 있다. 이와 같이 하우징(100)이 로어하우징(140)과 어퍼하우징(150)으로 구성되면, 어퍼하우징(150)이 분리되었을 때 각 지지판(300) 및 중공사막 카트리지(400) 전체가 외부로 노출되는바, 지지판(300) 및 중공사막 카트리지(400)의 탈착 작업이 더욱 용이해진다는 장점이 있다. 이때, 상기 습윤공기 유입방향과 건조공기가 배출방향이 상호 나란하도록 상기 습윤공기 유입관(210)과 상기 건조공기 배출관(240)은 상기 어퍼하우징(150)의 일측에 나란하게 구비될 수 있다. 또한 상기 습윤공기와 건조공기의 유동 거리가 최대한 길게 확보될 수 있도록, 상기 습윤공기 배출관(220)과 건조공기 유입관(230)은 로어하우징(140)에 구비될 수 있다. 더 나아가 상기 습윤공기 유입관(210), 습윤공기 배출관(220), 건조공기 유입관(230), 건조공기 배출관(240)의 위치는 본 실시예에 도시된 위치에 한정되지 아니하고, 설계자의 선택에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 하우징 101 : 제1 공간
102 : 제2 공간 110 : 몸체
120 : 제1 엔드캡 130 : 제2 엔드캡
140 : 로어하우징 150 : 어퍼하우징
210 : 습윤공기 유입관 220 : 습윤공기 배출관
230 : 건조공기 유입관 240 : 건조공기 배출관
300 : 지지판 300a : 제1 지지판
300b : 제2 지지판 300c : 제3 지지판
302 : 관통공 304 : 격판
310 : 가스켓링 400 : 중공사막 카트리지
410 : 연통공

Claims (9)

  1. 내부공간을 구비하되, 습윤공기가 유입 및 유출되는 습윤공기 유입관 및 습윤공기 배출관과, 건조공기가 유입 및 유출되는 건조공기 유입관 및 건조공기 배출관을 구비하는 하우징;
    중공사막이 내장된 중공관 형상을 이루며, 길이방향 양측에 각각 다수 개의 연통공이 형성된 중공사막 카트리지;
    상기 하우징의 내부에 착탈 가능한 구조로 장착되며, 상기 중공사막 카트리지가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 둘 이상의 지지판;을 포함하여 구성되고,
    상기 지지판은, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 일단이 삽입되는 제1 지지판과, 상기 중공사막 카트리지의 중단이 삽입되는 제2 지지판과, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 타단이 삽입되는 제3 지지판으로 구성되고,
    상기 제3 지지판으로부터 상기 하우징의 길이방향 타측으로 연장되어, 상기 제3 지지판과 상기 하우징의 길이방향 타측 내벽 사이의 공간을 상기 중공사막 카트리지와 직접 연통되지 아니하는 제1 공간과 상기 중공사막 카트리지와 직접 연통되는 제2 공간으로 분할하는 격판을 더 포함하며,
    상기 제3 지지판 중 상기 제2 공간과 대응되는 부위에는 상기 중공사막 카트리지가 장착되지 아니한 관통공이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지판은, 상기 하우징의 내부공간을 가로지르도록 상호 평행하게 배열되고,
    상기 지지판의 가장자리를 둘러싸도록 체결되어 상기 지지판의 가장자리와 상기 하우징의 내벽 사이를 밀폐시키는 가스켓링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 습윤공기 배출관은 상기 하우징의 길이방향 일측에 형성되고 상기 습윤공기 유입관은 상기 하우징의 길이방향 타측에 형성되며,
    상기 건조공기 유입관은 상기 하우징의 상면 중 상기 습윤공기 배출관과 가까운 측에 형성되고, 상기 건조공기 배출관은 상기 하우징의 상면 중 상기 습윤공기 유입관과 가까운 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징은,
    길이방향 양단이 개방된 중공관 형상으로 형성되어 상기 중공사막 카트리지와 지지판이 내부에 장착되는 몸체와, 상기 몸체의 길이방향 양단을 덮도록 결합되는 제1 엔드캡 및 제2 엔드캡을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 습윤공기 배출관은 상기 제1 엔드캡에 마련되고,
    상기 습윤공기 유입관은 상기 제2 엔드캡에 마련되며,
    상기 건조공기 유입관 및 건조공기 배출관은 상기 몸체의 일측 벽면에 마련되되, 상기 몸체의 길이방향을 따라 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 습윤공기 유입관은 상기 제1 공간과 연통되도록 장착되며, 상기 습윤공기 배출관은 상기 하우징의 길이방향 일단에 형성되고,
    상기 건조공기 유입관은 상기 하우징의 내부공간 중 상기 제1 지지판과 제2 지지판 사이의 공간과 연통되도록 장착되며, 상기 건조공기 배출관은 상기 제2 공간과 연통되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하우징은, 내부공간이 상측으로 개방되어 상기 중공사막 카트리지와 지지판이 내부에 장착되는 로어하우징과, 상기 로어하우징의 개방된 상면을 덮는 어퍼하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 습윤공기 배출관과 상기 건조공기 유입관은 상기 로어하우징에 구비되고, 상기 습윤공기 유입관과 상기 건조공기 배출관은 상기 어퍼하우징에 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.

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