KR102617329B1 - 중공사막 카트리지 조립체 - Google Patents

중공사막 카트리지 조립체 Download PDF

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    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

본 문건은 바이패스 파이프를 포함하고, 기밀성과 조립성이 우수한 중공사막 카트리지 조립체를 제공하는 것이다.
실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체는, 연료전지용 막가습기에 장착되는 중공사막 카트리지 조립체로서, 동일한 길이를 갖고, 나란하게 배열되는 제1 중공사막 카트리지와 제2 중공사막 카트리지; 상기 제1 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제2 홀과, 바이패스홀을 구비하는 제1 어댑터; 상기 제1 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제2 홀을 구비하고, 상기 제1 어댑터와 마주하는 제2 어댑터; 및 상기 바이패스홀에 결합되는 바이패스 파이프;를 포함한다.

Description

중공사막 카트리지 조립체{HOLLOW FIBER MEMBRANE CARTRIDGE ASSEMBLY}
본 개시(The Present Disclosure)는 연료전지용 막가습기와 관련된다.
또한 동일 출원인에 의하여 2020.12.23. 자로 출원된 특허출원 제10-2020-0182486호, 2021.07.23. 자로 특허출원 제10-2021-0096848호와 관련된다.
한국 공개특허공보 제10-2018-0119828호, 한국 등록특허공보 제10-2304857호를 통하여, 연료전지용 막가습기의 용도, 구조 및 작동원리 등을 확인할 수 있다.
도 1[공개특허공보 제10-2018-0119828호의 대표도]을 참조하면, 연료전지용 막가습기(1)는, 가스유입구(11)와 가스배출구(12)를 구비하고, 내부에 길이 방향으로 빈 공간이 마련된 메인하우징(10); 에어유입구(21)를 구비하고, 메인하우징(10)의 뒷부분에 결합되는 인렛하우징(20); 에어배출구(31)를 구비하고, 메인하우징(10)의 앞부분에 결합되는 아웃렛하우징(30); 및 메인하우징(10)의 내부에 구비되는 중공사막 카트리지(40);를 포함한다.
한편 한국 등록특허공보 제10-1673667를 참조하면, 중공사막 카트리지는 가습 효율 등을 고려하여 복수 개의 모듈 형태로 분할 구성되는데, 이 경우, 모듈과 모듈 사이에 빈 공간이 형성되어 기밀성이 저하되는 문제점이 있고, 전술한 문제점을 개선하기 위해 위 빈 공간에 포팅층을 형성시키면 조립성이 저하되는 문제점이 있다.
또 한편 한국 등록특허공보 제10-1896323호를 참조하면, 몇몇 연료전지용 막가습기는 아웃렛 하우징의 하부 영역과 중공사막 카트리지의 상부 영역을 연결하는 바이패스 파이프를 포함한다. 바이패스 파이프는 연료전지용 막가습기 내 응축수의 고임과 연료전지 스택으로의 응축수 유입을 방지하는 기능을 한다.
다만 전술한 공보에 게재된 연료전지용 막가습기는 바이패스 파이프[공보에는 '바이패스 관로(60)'로 기재되어 있음]가 아웃렛하우징[공보에는 '제2 캡부(50)'로 기재됨]에 일체 사출 성형되는데, 이 경우 (a) 바이패스 파이프가 파손되면 아웃렛 하우징 전체를 교체해야 하며, (b) 아웃렛하우징을 메인하우징에서 분리하는 과정에서 바이패스 파이프에 의하여 중공사막 카트리지가 손상되거나 바이패스 파이프의 단부(중공사막 카트리지에 삽입되는 부분)이 파손되기 쉬운 문제점이 있다. 또한 (c) 바이패스 파이프의 형상을 감안하면 아웃렛 하우징과 일체로 사출 성형하는 것은 용이하지 않다.
바이패스 파이프를 포함하고, 다수의(Multiple) 중공사막 카트리지를 구비하면서도 기밀성과 조립성이 우수한 중공사막 카트리지 조립체를 제공하는 것이다.
(본 개시의) 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체는, 연료전지용 막가습기에 장착되는 중공사막 카트리지 조립체로서, 동일한 길이를 갖고, 나란하게 배열되는 제1 중공사막 카트리지와 제2 중공사막 카트리지; 상기 제1 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제2 홀과, 바이패스홀을 구비하는 제1 어댑터; 상기 제1 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제2 홀을 구비하고, 상기 제1 어댑터와 마주하는 제2 어댑터; 및 상기 바이패스홀에 결합되는 바이패스 파이프;를 포함한다.
또한 상기 바이패스 파이프의 상부에는 돌출부가 형성되고, 상기 제1 어댑터의 일측면에는 상기 돌출부를 수용하는 함몰부가 형성될 수 있다.
또한 상기 제1 어댑터의 일측면의 제1 홀과 제2 홀의 둘레에는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성될 수 있다.
또한 상기 제2 어댑터의 일측면의 제1 홀과 제2 홀의 둘레에는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체는 바이패스 파이프를 포함하고, 다수의(Multiple) 중공사막 카트리지를 구비하면서도, 기밀성과 조립성(또는 정비성)이 우수하다. 구체적으로 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체는 적어도 2개 이상의 중공사막 카트리지가 종래기술(한국 공개특허공보 제10-2018-0119828호)의 고정층(포팅층)의 기능(기밀성을 향상시키는 기능)을 수행하는 2개의 어댑터에 의하여 단순 고정되는 구조이므로, 중공사막 카트리지의 교체가 용이하다.
또한 연료전지용 막가습기에 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체를 적용하면, 위에 언급된 종래기술(한국 등록특허공보 제10-1896323호)이 갖는 문제점들을 해소할 수 있다.
도 1은 종래의 연료전지용 막가습기의 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체를 포함하는 연료전지용 막가습기를 나타낸다.
도 3, 도 4는 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체의 분해사시도이다.
도 5는 연료전지용 막가습기에 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체가 설치된 모습을 나태내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 중공사막 카트리지를 구체적으로 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 중공사막 카트리지 조립체(100)[이하 '중공사막 카트리지 조립체(100)'라 한다]를 포함하는 연료전지용 막가습기를 나타내고, 도 3, 도 4는 중공사막 카트리지 조립체(100)의 분해사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 중공사막 카트리지 조립체(100)는 연료전지용 막가습기의 내부에 구비된다.
연료전지용 막가습기는 특정 형상이나 구조로 한정되지 않으며, 이미 공지된 것 중 하나가 채택될 수 있을 것이다. 하나의 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지용 막가습기(HF)는 ⓐ 가스배출구(G2)를 구비하고, 내부에 길이 방향으로 빈 공간이 마련된 메인하우징(M), ⓑ 가스유입구(G1)와 에어배출구(A2)를 구비하고, 메인하우징(M)의 길이 방향 일측에 결합되는 아웃렛하우징(U) 및 ⓒ 에어유입구(A1)를 구비하고, 메인하우징(M)의 길이 방향 타측에 결합되는 인렛하우징(I)을 포함할 수 있다. 아울러, 인렛하우징(I)은 에어쿨러(C)가 장착될 수 있다.
연료전지용 막가습기(HF)가 메인하우징(M), 아웃렛하우징(U) 및 인렛하우징(I)을 포함할 때, 중공사막 카트리지 조립체(100)는 메인하우징(M)의 내부에 위치되며, 메인하우징(M)에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
중공사막 카트리지 조립체(100)는 제1 중공사막 카트리지(110), 제2 중공사막 카트리지(120), 제1 어댑터(130), 제2 어댑터(140) 및 바이패스 파이프(150)를 포함한다.
제1 중공사막 카트리지(110)는 속이 빈 기둥 형태의 카트리지 하우징(111)과, 카트리지 하우징(111)의 내부에 구비되는 중공사막(미도시)으로 이루어진다.
카트리지 하우징(111)은 메인하우징(M)에 대응되는 길이 또는 메인하우징(M)보다 조금 더 긴 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 카트리지 하우징(111)의 표면에는 통기홀이 형성될 수 있고, 카트리지 하우징(111)의 둘레에는 적어도 하나 이상의 밀폐링이 장착될 수 있다.
제2 중공사막 카트리지(120)는 속이 빈 기둥 형태의 카트리지 하우징(121)과, 카트리지 하우징(121)의 내부에 구비되는 중공사막(미도시)으로 이루어진다.
카트리지 하우징(121)은 메인하우징(M)에 대응되는 길이 또는 메인하우징(M)보다 조금 더 긴 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 카트리지 하우징(121)의 표면에는 통기홀이 형성될 수 있고, 카트리지 하우징(121)의 둘레에는 적어도 하나 이상의 밀폐링이 장착될 수 있다.
제2 중공사막 카트리지(120)의 카트리지 하우징(121)은 제1 중공사막 카트리지(110)의 카트리지 하우징(111)과 동일한 길이로 구성되는 것이 바람직하다.
메인하우징(M)의 내부에서 제1 중공사막 카트리지(110)와 제2 중공사막 카트리지(120)는 나란하게 배열된다.
제1 어댑터(130)는 제1 중공사막 카트리지(110)의 길이 방향 일측 단부를 수용하는 제1 홀(131)과, 제2 중공사막 카트리지(120)의 길이 방향 일측 단부를 수용하는 제2 홀(132)을 구비하고, 제1 중공사막 카트리지(110)와 제2 중공사막 카트리지(120)의 길이 방향 일측에 결합된다.
제2 어댑터(140)는 제1 중공사막 카트리지(110)의 길이 방향 타측 단부를 수용하는 제1 홀(141)과, 제2 중공사막 카트리지(120)의 길이 방향 타측 단부를 수용하는 제2 홀(142)을 구비하고, 제1 중공사막 카트리지(110)와 제2 중공사막 카트리지(120)의 길이 방향 타측에 결합된다.
제1 어댑터(130)와 제2 어댑터(140)는 종래의 연료전지용 막가습기의 메인하우징 내부에 중공사막 카트리지를 고정시키는 고정층(포팅층)의 기능을 수행한다. * 한국 공개특허공보 제10-2018-0119828호 [도 3]의 제1 및 제2 고정층(113, 114) 참조
한편 중공사막 카트리지 조립체(100)는 통상의 기술자에 의하여 3개 이상의 중공사막 카트리지를 구비하도록 설계 변경될 수 있음이 자명하다.
아울러, 제1 중공사막 카트리지(110), 제2 중공사막 카트리지(120) 각각의 길이 방향 중앙 부근에는 플랜지가 돌출 형성될 수 있다. 또한 메인하우징(M)의 내부에는 중공사막 카트리지(110, 120)의 플랜지와 만나는 격벽(S)이 형성되고, 위 격벽(S)에는 중공사막 카트리지(110, 120)에 대응되는 개수로 홀이 형성될 수 있다. 이때 중공사막 카트리지(110, 120)의 플랜지와 메인하우징(M)의 격벽(S) 사이에는 미들씰(112, 122)이 조립될 수 있으며, 이 경우, 격벽(S) 및 미들씰(112, 122)에 의하여 가스유입구(G1) 주변 공간과 가스배출구(G2) 주변 공간이 완전히 분리되어, 가스유입구(G1)로 유입된 가스가 카트리지 하우징(111, 121)의 창을 통해 중공사막으로 집중되어 흐르게 된다.
도 5를 참조하면, 제1 어댑터(130)는 아웃렛하우징(U)에 위치될 수 있고, 제2 어댑터(140)는 인렛하우징(I)에 위치될 수 있다. 한편 설계자의 의도에 따라, 제1 어댑터(130)는 메인하우징(M)의 일측 단부 또는 메인하우징(M)과 아웃렛하우징(U)의 경계에 위치하도록 구성될 수도 있을 것이고, 제2 어댑터(140)는 메인하우징(M)의 타측 단부 또는 메인하우징(M)과 인렛하우징(I)의 경계에 위치하도록 구성될 수도 있을 것이다.
다시 도 3 내지 도 4를 참조하면, 제1 어댑터(130)의 일측면[제2 어댑터(140)와 마주하는 면]의 제1 홀(131)과 제2 홀(132)의 둘레에는 중공사막 카트리지(110, 120)를 제1 어댑터(130)에 조립하는 과정에서, 중공사막 카트리지(110, 120)를 가이드하는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성(135, 135'...)될 수 있다.
제2 어댑터(140)의 일측면[제1 어댑터(130)와 마주하는 면]의 제1 홀(141)과 제2 홀(142)의 둘레에는 중공사막 카트리지(110, 120)를 제2 어댑터(140)에 조립하는 과정에서, 중공사막 카트리지(110, 120)를 가이드하는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성(143, 143'...)될 수 있다.
제2 어댑터(140)의 타측면의 제1 홀(141)과 제2 홀(142)의 둘레에는 제1 중공사막 카트리지(110)와 제2 중공사막 카트리지(120)의 내부로 에어가 원활하게 유입되도록 경사면(141a, 142a)이 형성될 수 있다.
제1 어댑터(130)의 하부 영역에는 바이패스홀(133)이 형성된다.
바이패스 파이프(150)는 제1 어댑터(130)의 일측면에 위치되고, 하부가 바이패스홀(133)과 연통된다. 바이패스 파이프(150)는 특정 형상으로 제한되지 않으며, 하나의 예로서, 도면에 도시된 바와 같이 'L'자 형상일 수 있다. 바이패스 파이프(150)는 아웃렛하우징(U)의 메인하우징(M)의 상부 영역을 연결한다. * 바이패스 파이프(150)의 구체적인 작동 원리와 효과는 한국 등록특허공보 제10-1896323호에 게재되어 있으므로 생략함
바이패스 파이프(150)가 제1 어댑터(130)에 견고하게 고정되도록, 바이패스 파이프(150)의 상부에는 돌출부(151)가 형성되고, 제1 어댑터(130)의 일측면에는 돌출부(151)를 수용하는 함몰부(134)가 형성될 수 있다. 아울러 함몰부(134)의 인근에는 돌출부(151)와 체결되는 고정후크가 더 구비될 수도 있을 것이다.
앞서 설명된 중공사막 카트리지 조립체(100)는 그 구조상 기밀성과 조립성(또는 정비성)이 우수하다.
본 개시의 실시예(들)를 설명할 때 사용된 각종 표현(용어, 시각화된 이미지 등)은 본 개시의 본질적 기술사상을 독자에게 이해하기 쉽게 전달하기 위한 도구적 목적으로 채택된 것에 불과하다.
또한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 개시의 실시예(들)를 바탕으로 위 실시예(들)와 본질적 기술사상은 동일하지만 피상(皮相)적으로는 차이가 있는 여러 변형 실시예들을 창안해 낼 수 있을 것이다.
따라서 본 개시의 권리범위는 '발명의 설명' 및 '도면'에 기재된 일부 표현들에 의해 제한되어선 안 되고, 본 개시의 본질적 기술사상에 의거하여 폭넓게 해석되어야 함이 자명하다.
100... 중공사막 카트리지 조립체
110... 제1 중공사막 카트리지
120... 제2 중공사막 카트리지
130... 제1 어댑터
140... 제2 어댑터
150... 바이패스 파이프

Claims (4)

  1. 가스배출구를 구비하고, 내부에 길이 방향으로 빈 공간이 마련된 메인하우징과, 가스유입구와 에어배출구를 구비하고 상기 메인하우징의 길이 방향 일측에 결합되는 아웃렛하우징; 및 에어유입구를 구비하고 상기 메인하우징의 길이 방향 타측에 결합되는 인렛하우징을 포함하는 연료전지용 막가습기에 장착되는 중공사막 카트리지 조립체로서,
    동일한 길이를 갖고, 나란하게 배열되는 제1 중공사막 카트리지와 제2 중공사막 카트리지 - 상기 제1 중공사막 카트리지, 제2 중공사막 카트리지 각각은, 카트리지 하우징과 상기 카트리지 하우징의 내부에 구비되는 중공사막을 구비함 - ;
    상기 제1 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 일측 단부를 수용하는 제2 홀과, 바이패스홀을 구비하는 제1 어댑터;
    상기 제1 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제1 홀과, 상기 제2 중공사막 카트리지의 타측 단부를 수용하는 제2 홀을 구비하고, 상기 제1 어댑터와 마주하는 제2 어댑터; 및
    상기 바이패스홀에 결합되는 바이패스 파이프;를 포함하되,

    상기 제1 어댑터는 상기 메인하우징의 일측 단부와 상기 아웃렛하우징의 경계에 구성되고,
    상기 제2 어댑터는 상기 메인하우징의 타측 단부와 상기 인렛하우징의 경계에 구성되며,

    상기 바이패스 파이프의 상부에는 돌출부가 형성되고, 상기 제1 어댑터의 일측면에는 상기 돌출부를 수용하는 함몰부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 중공사막 카트리지 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어댑터의 일측면의 제1 홀과 제2 홀의 둘레에는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 중공사막 카트리지 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 어댑터의 일측면의 제1 홀과 제2 홀의 둘레에는 카트리지 가이드돌기가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 중공사막 카트리지 조립체.
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