KR20140038691A - 연료전지용 가습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지용 가습장치에 관한 것으로, 구체적으로는 격벽유로와 제1, 2유로의 압력편차를 줄여각 유로를 통해 수용공간으로 유입되는 통과유량 편차를 최소화함으로써 유입케이스 내 중공사 전체구간이 외부공기와 균일하게 접촉될 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
그리고 각 유로 자체 내에서의 구간별 압력편차도 줄임으로써 각 유로의 각 윈도우 간 통과유량도 균일하게 분포될 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 케이스 내 각 유로를 통해 중공사 수용공간으로 유입되는 과정에서 유로 내 공기의 흐름경로를 개선함에 따라 각 유로 간의 압력편차를 최소화 하여 각 유로를 통과하는 유량이 균일하게 형성될 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]과 같이 유입케이스(10)와 연결케이스(30) 및 배출케이스(20)가 전후 연결된 상태로 배치된 구조로 이루어진다.

그리고 유입케이스(10)와 연결케이스(30) 및 배출케이스(20) 내부에는 중공사(미도시)가 채워져 있는 구조로 이루어진다.

이 상태에서 외부공기가 유입케이스(10) 유입되어 유입케이스 내 중공사와 접촉되면서 1차적으로 수분을 함유한다.

그 뒤 연결케이스(30) 및 배출케이스(20)을 순차적으로 지나면서 해당 지점의 중공사와 2, 3차적으로 접촉하여 수분을 함유한 뒤 배출케이스의 공기배출구를 통해 외부로 배출되는 형태로 작동된다.

이때 [도 2] 내지 [도 4]와 같이 유입케이스(10)의 제1유로(14-1)는 일측단부가 공기유입구와 연결된 상태에서 제1수용공간(11-1)의 상부구간을 지나 반대쪽 측부까지 둘러싼 형태로 형성된다.

그리고 제2유로(14-2)는 일측단부가 공기유입구와 연결된 상태에서 제2수용공간(11-2)의 하부구간을 지나 반대쪽 측부까지 둘러싼 형태로 형성된 상태에서 제1유로(11-1)과 통합된다.

또한 격벽유로(12-1)은 격벽 내부에 형성되되 일측단부가 공기유입구와 연결된 상태에서 제1, 2수용공간(11-1)(11-2) 사이를 지난 후 타단부가 제1, 2유로(14-1)(14-2)의 단부와 통합된다.

즉 유입케이스 내부 중 공기유입구(13)가 형성된 쪽과 반대되는 지점에는 각 유로가 통합되는 통합유로(146)가 형성되는 것이다.

이 상태에서 공기유입구를 통해 유입된 공기가 제1, 2유로(14-1)(14-2) 및 격벽유로(12-1)로 분배 된 후 각 유로를 따라 이동하다가 일부는 각 유로에 형성된 유입윈도우(14-3)(12-2)를 통해 제1, 2수용공간(11-1)(11-2)-1로 유입되어 중공사와 접촉되고 나머지는 유로를 따라 계속 이동하여 통합유로(146)에서 혼합된 후 다시 각 유로로 분산 분배된다.

그런데 종래 기술은 유입케이스(10)의 제1, 2유로(14-1)(14-2)와 격벽유로(12-1) 단면적이 동일하고 각 유로의 유입윈도우(14-3)(12-2)의 직경도 동일하게 형성되어 있다.

외부공기가 공기유입구(13)를 통해 유입케이스 내부로 공급되는 과정에서 [도 2]와 같이 외부공기는 공기유입구(13)를 빠져나옴과 동시에 제1, 2수용공간(11-1)(11-2)의 곡면 모서리에 부딪힘에 따라 격벽유로(12-1) 입구 주변에서는 순간적으로 정체구간이 형성됨에 따라 해당 지점의 압력이 굉장히 높게 형성된다.(해당 지점을 점으로 표시되었음, 점의 밀도가 높을수록 압력이 높음)

그리고 격벽유로(12-1)가 좁아짐에 따라 [도 3]처럼 유로 입구 주변에 비해 격벽유로(12-1) 내 공기흐름 속도가 순간적으로 증가한 뒤 반대쪽 단부쪽, 즉 통합유로(146) 쪽으로 갈수록 줄어들게 된다.(속도가 빠른 지점을 점으로 표시, 점의 밀도가 높을수록 속도가 빠름)

더불어 격벽유로 내 압력분포 또한 격벽유로(12-1)의 입구에서 일정구간까지는 압력이 매우 낮게 형성되며 반대쪽 단부쪽으로 갈수록 압력이 상승 되는데, 격벽유로(12-1) 전체 구간의 압력은 제1, 2유로(14-1)(14-2) 및 각 수용공간 내 압력보다 전체적으로 낮게 형성된다.

즉 종래기술은 기본적으로 격벽유로(12-1) 내 압력이 제1, 2유로(14-1)(14-2) 및 제1, 2수용공간(11-1)(11-2) 내 압력보다 낮게 형성되고, 공기 흐름 속도도 더 빨라지는 현상을 갖는다.

따라서 위와 같은 압력차이로 인해 격벽유로(12-1)를 지나는 공기가 각 수용공간(11-1)(11-2)으로 원활히 유입되지 못하게 되고, 오히려 제1, 2수용공간(11-1)(11-2) 내 공기가 격벽유로(12-1) 내부로 유입되는 현상이 발생 된다.

따라서 격벽유로(12-1)를 통해 각 수용공간으로 공급되는 유량이 제1, 2유로(14-1)(14-2)를 통해 공급되는 유량보다 적어 유량편차가 심하게 형성된다.

더구나 기존에는 제1, 2유로(14-1)(14-2)와 격벽유로(12-1)이 단면적이 동일할 뿐만 아니라 제1, 2유로(14-1)(14-2)의 각 유입윈도우(14-3)와 격벽유로(12-1)의 유입윈도우(12-2) 간이 면적이 동일하게 형성되어 있기 때문에 이러한 유량 편차가 더 크게 발생된다.

그리고 제1, 2유로(14)와 격벽유로(12-1)는 자체적으로도 공기 유입구 쪽에서부터 반대쪽 통합유로 쪽으로 갈수록 압력이 증가되고 유속은 줄어들게 된다.

이렇게 격벽유로(12-1)와 제1, 2유로(14-1)(14-2) 자체적으로도 구간별로 압력편차가 형성되기 때문에 공기유입구 쪽 유입윈도우의 통과유량 보다 통합유로(146) 부근의 유입윈도우 쪽으로 갈수록 통과유량이 많아지게 된다.

즉 격벽유로(12-1)와 제1, 2유로(14-1)(14-2) 간 압력편차와 더불어 각 유로 자체적으로 구간별 압력차이로 인해 각 유입윈도우 간의 통과유량이 균일하지 못하므로, 유입케이스 내 중공사와 외부공기 간의 접촉이 균일하지 못하게 된다.

이러한 종래 기술을 이용한 실험결과 [도 5]의 도면을 기준으로 봤을 때 아래의 [표1]과 같이 격벽유로(12-1)에 형성된 윈도우(4, 5, 6, 7, 8, 9)를 통과하는 유량이 타 유로(14)의 유입윈도우(1, 2, 3, 10, 11, 12)를 통과하는 유량에 비해 현저하게 적음을 알 수 있었다.

더불어 각 유로 자체적으로도 공기 유입구쪽 유입윈도우(1, 4, 7, 10)에서 반대쪽 유입윈도우(3, 6, 9, 12)쪽으로 갈수록 통과유량이 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,

격벽유로와 제1, 2유로의 압력편차를 줄여 각 유로를 통해 수용공간으로 유입되는 통과유량 편차를 최소화함으로써 유입케이스 내 중공사 전체구간이 외부공기와 균일하게 접촉될 수 있도록 함을 목적으로 한다.

그리고 각 유로 자체 내에서의 구간별 압력편차도 줄임으로써 각 유로의 각 윈도우 간 통과유량도 균일하게 분포될 수 있도록 함을 목적으로 한다.

이를 위해 제안된 본 발명의 여러 실시예는,

중공사가 유입케이스와 연결케이스 및 배출케이스 내부에 동시 수용되어 있는 연료전지용 가습장치에 있어서,

상기 유입케이스는 일측에 형성되어 있는 공기유입구, 상기 유입케이스 내부의 중간지점을 가로지르고 있는 격벽 및 상기 격벽을 사이에 두고 상하 형성되어 있는 제1, 2수용공간, 상기 제1수용공간 테두리 중 상기 공기유입구 쪽 측부와 상부구간을 둘러싸고 있는 제1유로 및 상기 제1유로와 제1수용공간을 연결하는 복수개의 제1유입윈도우, 상기 제2수용공간 테두리 중 상기 공기유입구 쪽 측부와 하부구간을 둘러싸고 있는 제2유로 및 상기 제2유로와 제1수용간을 연결하는 복수개의 제2유입윈도우, 상기 격벽 내부를 관통하고 있는 격벽유로 및 상기 격벽유로의 상하부와 상기 제1, 2수용공간을 연결하는 복수개의 격벽윈도우, 상기 제1, 2유로 및 상기 격벽유로 중 상기 공기유입구가 형성된 측부와 반대쪽 지점의 단부들을 상호 비 연통 상태로 차단하는 연통차단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 연통차단부는 상기 제1유로의 일단부와 상기 제2유로의 일단부 사이에 형성되어 있는 제1차단부, 상기 제1차단부와 연결되어 있고 상기 격벽유로의 일단부를 차단하는 제2차단부를 포함할 수 있다.

또한 상기 제1유로는 상기 제1수용공간 중 상기 공기유입구 쪽 방향과 반대되는 쪽 측부까지 감싸고 있고, 상기 제2유로는 상기 제2수용공간 중 상기 공기유입구 쪽 방향과 반대되는 쪽 측부까지 감싸고 있으며, 상기 제1유로의 해당 단부와 제2유로의 해당 단부 및 상기 격벽유로의 단부가 상호 동시에 연결통합되는 통합유로를 더 포함하고, 상기 연통차단부는 상기 통합유로에 위치하여 상기 제1, 2유로 및 격벽유로의 해당 단부를 상호 구획차단할 수 있다.

그리고 상기 제1차단부는 판재 형태이고 상기 제1유로의 해당 단부와 제2유로의 해당 단부 사이를 분할구획하고 있고, 상기 제2차단부는 판재 형태이고 상기 제1차단부의 일단부에 수직 방향으로 연결되어 상기 격벽유로의 해당 단부를 막아 차단할 수 있다.

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은,

제1, 2유로 및 격벽유로의 일측단부에 연통차단부를 형성시켜 각 유로의 단부가 상호 연통되지 않도록 차단함에 따라,

제1, 2유로 및 격벽유로를 지나는 공기가 각 유로의 단부로 빠져나가지 못하고 각 유로 내에 갇혀진 상태가 됨으로써 각 유로의 압력이 균일하게 형성되어, 결국 각 유로를 통해 각 수용공간으로 공급되는 유량도 균일하게 형성될 수 있는 장점을 갖는다.

그리고 이렇게 각 유로를 지나는 공기가 단부를 통해 빠져나가지 못하고 해당 유로마다 갇히기 때문에, 각 유로의 전체 구간의 압력이 균일하게 형성되므로,

제1유로의 각 제1유입윈도우 간 통과유량과 제2유로의 각 제2유입윈도우 간 통과유량 및 격벽유로의 각 격벽윈도우 간 통과유량이 균일하게 형성될 수 있는 장점도 갖는다.

더불어 기존과 같이 각 유로의 단부가 연결되는 통합유로가 형성된 상태에서 별도의 연통차단부를 통합유로에 설치하여 각 유로 간 연결을 차단함으로써, 기존의 가습장치를 교체할 필요 없으므로 교체에 따른 경제적 손실도 방지할 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 유입케이스 내 통합유로의 형성구조를 나타낸 정단면도
도5는 종래 가습장치 전체의 윈도우 위치를 나타낸 입체도
도6은 본 발명의 일부 절개 사시도
도7은 본 발명의 전체 측단면도
도8는 유입케이스의 정단면도
도9는 배출케이스의 정단면도
도10은 연통차단부의 변형예를 나타낸 정단면도
도12는 각 윈도우에 고유 번호를 부여한 상태의 입체 개략도

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

본 발명 연료전지용 가습장치는 [도 6] 내지 [도 8]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,

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, 2수용공간은 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 외부공기가 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 각 수용공간(112)(114)으로 유입되도록 유도하기 위해 형성되는 것으로, 다시 분배유로(142)와 제1유로(143), 제2유로(144), 격벽유로(145) 및 통합유로(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 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) 내부에 형성되되 격벽의 좌우 폭 방향을 따라 형성된 후 격벽(130)의 타단부를 관통한 형태로 형성된다.

이때 격벽유로(145)에는 격벽윈도우(156)가 형성되는데, 격벽윈도우(156)는 격벽유로(145)를 따라 이동하는 공기가 제1, 2수용공간(112)(114)으로 동시 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 격벽유로(145)를 기준으로 상하측에 동시 형성되되 격벽의 좌우 폭방향을 따라 일정간격을 두고 배열 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 테두리 중 분배유로(142)를 향하는 쪽 일측부 구간으로부터 상부구간 및 반대쪽 측부 구간까지를 둘러싼 형태로 형성된다.

이 상태에서 제1유로(143) 중 분배유로(142)와 반대되는 쪽 측부를 감싸고 있는 구간의 단부가 격벽유로(145)와 연통된 형태로 형성된다.

이때 제1유로(143)에는 제1유입윈도우(152)가 형성되는데, 제1유입윈도우(152)는 제1유로(143)를 따라 이동되는 공기가 제1수용공간(112)으로 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 제1유로(143) 중 제1수용공간(112)의 상측 구간에 일정간격을 두고 배열 형성된다.

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 테두리 중 분배유로(142)를 향하는 쪽 일측부 구간으로부터 하부구간 및 반대쪽 측부 구간까지를 둘러싼 형태로 형성된다.

이 상태에서 제2유로(144) 중 분배유로(142)와 반대되는 쪽 측부를 감싸고 있는 구간의 단부는 격벽유로(145)의 단부 및 제1유로(143)과 연통된 형태로 형성된다.

이렇게 각 유로(142)(144)(145) 중 분배유로(142)와 반대되는 쪽 단부가 상호 연통됨에 따라 해당 지점은 각 유로를 통과한 공기가 혼합되어 분배되는 통합유로(146)가 형성된다.

이때 제2유로(144)에는 제2유입윈도우(154)가 형성되는데, 제2유입윈도우(154)는 공기가 제2유로(144)를 따라 이동되다가 제2수용공간(114)으로 유입되도록 하는 통로 역할을 하는 것으로, 제2유로 중 제2수용공간(114)의 하측 구간에 일정간격을 두고 배열 형성된다.

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 둘레를 따라 이동되다가 일부는 제1, 2유입윈도우(152)(154) 및 격벽윈도우(145)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되고 나머지는 각 유로를 지나 통합유로(146)에서 혼합된 후 혼합된 후 다시 각 유로로 분산되는 구조를 갖는다.

이 상태에서 본 발명에서는 통합유로(146)에 별도의 연통차단부(160)이 더 설치된다.

연통차단부(160)는 기존과 달리 통합유로(146)에서 제1, 2유로(143)(144) 및 격벽유로(145)의 단부가 상호 연통되는 것을 차단하여 각 유로(143)(144)(145) 내 공기가 해당 유로를 빠져나가는 현상을 막는 역할을 하는 것으로, 다시 제1차단부(162)와 제2차단부(164)를 포함하여 구성된다.

그 중 제1차단부(162)는 판재 형태이고 통합유로(146)의 일측 벽면으로부터 돌출되어 제1유로(143)와 제2유로(144) 중 통합유로(146)에 위치하는 단부와 단부 간 경계지점에 위치하여 제1, 2유로(143)(144)의 해당 단부 간 연통구조를 차단하는 상태로 위치된다.

그리고 제2차단부(164)는 역시 판재 형태이고 제1차단부(162)와 수직으로 세워진 형태로 통합유로(146)내에 위치된 상태에서 일측면 중간지점이 제1차단부(162)의 돌출단부에 일체로 연결된 상태로 위치되고 반대쪽 면이 격벽유로(145)의 단부를 막고 있는 구조로 위치된다.

이로 인해 기존처럼 제1유로(143)와 제2유로(144) 및 격벽유로(145)의 단부가 통합유로(146) 내에서 상호 통합되었던 구조와 반대로, 연통차단부(160)에 위해 각 유로의 단부가 상호 연통되지 못하고 상호 차단된 상태가 되는 것이다.

이로 인해 제1, 2유로(143)(144) 및 격벽유로(145)를 지나는 공기 중 각 윈도우를 통해 수용공간으로 빠져나가지 못한 공기는 각 유로의 단부를 통해 통합유로로 빠져나가지 못하고 해당 유로에 갇힌 상태가 된다.

참고로 제1차단부(162)와 제2차단부(164)는 별도록 제작된 후 상호 용접 등을 통해 연결되거나 동시에 일체로 성형 제작될 수도 있다.

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 7] 및 [도 8]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 연결케이를 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 6] 과 [도 7] 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 사용함으로 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] 및 [도 8]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(156)를 통해 제1, 2수용공간(112)(114)으로 유입되어 중공사 중 제1, 2수용공간(112)(114)에 위치한 구간과 접촉하면서 수분을 함유하게 된다.

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

이렇게 격벽유로(145)와 제1, 2유로(143)(144)를 따라 이동되던 공기 중 해당 윈도우를 통해 수용공간으로 빠져나가지 못한 공기는 각 유로(143)(144)(145)의 단부까지 이동되어 통합유로로 빠져나가려 하지만, 각 유로(143)(144)(145)의 단부가 각각 제1차단부(162)와 제2차단부(164)에 의해 별개로 막혀 있는 상태이므로 해당 유로(143)(144)(145)를 빠져나가지 못하고 해당 유로 내에 갇혀 있는 상태가 된다.

따라서 이 상태에서 지속적으로 각 유로(143)(144)(145)로 외부공기가 추가 유입될 경우 각 유로(143)(144)(145) 내 압력은 함께 상승된다.

따라서 이 과정이 지속될 경우 각 유로 내 압력이 균일한 수준이 되고, 이렇게 각 유로 간의 압력편차가 최소화 됨에 따라, 결국 기존 압력차이로 인해 수용공간으로의 공기 유입율이 낮았던 각 격벽윈도우(156)의 통과 유량이 제1, 2윈도우의 통과유량과 거의 균일한 수준이 된다.

뿐만 아니라 이렇게 격벽유로(145) 전체에 걸쳐 압력이 상승되므로 격벽유로(145)의 각 격벽윈도우(156) 간의 통과 유량도 균일하게 형성된다.

또한 제1, 2유로(143)(144)내 각 제1, 2유입윈도우(152)(154) 간의 통과유량도 이러한 원리에 의해 균일하게 형성된다.

이렇게 각 유로 간의 압력편차가 줄어듦에 따라 제1유입윈도우와 제2유입윈도우 및 격벽윈도우를 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 격벽유로와 제1, 2유로 간의 압력 편차가 균일하게 형성되었다.

또한 [도 12]를 기준으로 봤을 때 아래의 [표2]와 같이 각 격벽윈도우(4, 5, 6, 7, 8, 9)를 통과하는 유량과 각 제1, 2유입윈도우(1, 2, 3, 10, 11, 12)를 통과하는 유량의 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 통과유량도 차이가 없어졌다.

각 윈도우의 통과유량비율(%)
①	②	③
8.1	8.4	9.0
④	⑤	⑥
7.6	8.0	8.8
⑦	⑧	⑨
7.6	7.8	8.7
⑩	⑪	⑫
8.3	8.6	9.1

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 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.

[도 10]은 본 발명의 변형예를 나타낸 도면으로

기본적으로 연통차단부(160)을 이용해 각 유로 간 연통구조를 차단하는 개념은 위 실시예와 동일하나, 유입케이스를 제작하는 과정에서 연통차단부(160)을 일체로 제작한 것에 차이가 있다.

즉 도면과 같이 유입케이스를 제작하는 과정에서 통합유로 주변의 벽면을 상대적으로 두껍게 제작함으로써 제1, 2유로 중 제1수용공간(112)과 제2수용공간(114)의 측부에 접촉되도록 하여 제1, 2유로의 해당 단부를 막도록 함과 동시에 제1, 2수용공간 사이의 격벽유로 단부도 막도록 하는 형태로 구현되는 것이다.

따라서 이 경우 유입케이스의 벽면이 연통차단부(160)이 되는 것이다.

이상 설명한 본 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 격벽유로와 제1, 2유로의 일측단부를 개별적으로 차단하여 상호간 연통되지 못하도록 함으로써, 각 유로 내 공기가 통합유로로 빠져나가지 못함에 따라 각 유로의 압력이 균일한 수준으로 상승하여, 결국 각 유입윈도우의 통과유량의 편차가 최소화 되도록 한 구성 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 160 : 연통차단부
162 : 제1차단부 164 : 제2차단부
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 (4)

1. 중공사가 유입케이스와 연결케이스 및 배출케이스 내부에 동시 수용되어 있는 연료전지용 가습장치에 있어서,
   상기 유입케이스는,
   일측에 형성되어 있는 공기유입구,
   상기 유입케이스 내부의 중간지점을 가로지르고 있는 격벽 및 상기 격벽을 사이에 두고 상하 형성되어 있는 제1, 2수용공간,
   상기 제1수용공간 테두리 중 상기 공기유입구 쪽 측부와 상부구간을 둘러싸고 있는 제1유로 및 상기 제1유로와 제1수용공간을 연결하는 복수개의 제1유입윈도우,
   상기 제2수용공간 테두리 중 상기 공기유입구 쪽 측부와 하부구간을 둘러싸고 있는 제2유로 및 상기 제2유로와 제1수용간을 연결하는 복수개의 제2유입윈도우,
   상기 격벽 내부를 관통하고 있는 격벽유로 및 상기 격벽유로의 상하부와 상기 제1, 2수용공간을 연결하는 복수개의 격벽윈도우,
   상기 제1, 2유로 및 상기 격벽유로 중 상기 공기유입구가 형성된 측부와 반대쪽 지점의 단부들을 상호 비 연통 상태로 차단하는 연통차단부
   를 포함하는 연료전지용 가습장치.
   
   
   
2. 제1항에서,
   상기 제1유로의 일단부와 상기 제2유로의 일단부 사이에 형성되어 있는 제1차단부,
   상기 제1차단부와 연결되어 있고 상기 격벽유로의 일단부를 차단하는 제2차단부
   를 포함하는 연료전지용 가습장치.
   
3. 제2항에서,
   상기 제1유로는 상기 제1수용공간 중 상기 공기유입구 쪽 방향과 반대되는 쪽 측부까지 감싸고 있고,
   상기 제2유로는 상기 제2수용공간 중 상기 공기유입구 쪽 방향과 반대되는 쪽 측부까지 감싸고 있으며,
   상기 제1유로의 해당 단부와 제2유로의 해당 단부 및 상기 격벽유로의 단부가 상호 동시에 연결통합되는 통합유로를 더 포함하고,
   상기 연통차단부는 상기 통합유로에 위치하여 상기 제1, 2유로 및 격벽유로의 해당 단부를 상호 구획 차단하는
   연료전지용 가습장치.
   
4. 제3항에서,
   상기 제1차단부는 판재 형태이고 상기 제1유로의 해당 단부와 제2유로의 해당 단부 사이를 분할구획하고 있고,
   상기 제2차단부는 판재 형태이고 상기 제1차단부의 일단부에 수직 방향으로 연결되어 상기 격벽유로의 해당 단부를 막아 차단하고 있는
   연료전지용 가습장치.
   

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