KR20180109108A - 연료전지용 가습기 - Google Patents

Abstract

가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 완벽히 또는 거의 완벽히 방지할 수 있는 연료전지용 가습기가 개시된다. 본 발명의 연료전지용 가습기는, 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 다수의 중공사막들; 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트를 가지며 상기 하우징의 일단에 결합된 캡; 및 가습된 공기로부터 발생하는 응축수를 배가스가 흐르는 하우징의 내부공간으로 전달하기 위한 바이패스 튜브를 포함하되, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 공기 배출 포트 내에 위치하고, 상기 바이패스 튜브의 타단은 상기 하우징의 내부공간에 위치한다.

Description

연료전지용 가습기{Humidifier for Fuel Cell}

본 발명은 연료전지용 가습기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 완벽히 또는 거의 완벽히 방지할 수 있는 연료전지용 가습기에 관한 것이다.

연료전지는 연료인 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치이다. 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지용 스택의 연료극(anode)으로 공급되고, 블로워와 같은 공기 공급장치를 통해 대기 중의 공기가 연료전지용 스택의 공기극(cathode)으로 공급된다.

연료전지용 스택의 연료극으로 공급된 수소는 수소 이온과 전자로 분리된다. 수소 이온은 연료극과 공기극 사이의 고분자 전해질막을 통해 공기극으로 이동하고, 전자는 외부 도선을 통해 공기극으로 이동한다. 연료전지용 스택의 공기극으로 공급된 산소가 전자 및 수소 이온과 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

연료전지용 스택의 고분자 전해질막의 이온 전도도가 높을수록 수소 이온이 연료극으로부터 공기극으로 더 잘 전달될 수 있다. 고분자 전해질막의 이온 전도도는 함수율과 밀접한 관련이 있다. 즉, 고분자 전해질막이 충분히 젖어 있을수록 수소 이온이 연료극으로부터 공기극으로 더 잘 전달될 수 있다.

따라서, 연료전지가 가동할 때 고분자 전해질막에 수분을 지속적으로 공급함으로써 함수율을 일정 수준 이상으로 유지시킴으로써 연료전지의 발전 효율이 급격히 저하되는 것을 방지할 필요가 있다. 이러한 목적으로, 연료전지용 스택의 공기극으로 공급되는 공기에 수분을 제공할 수 있는 가습기가 채택된다.

연료전지용 가습기는 외부로부터 공급되는 공기를 스택의 공기극으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하고, 이렇게 가습된 공기를 스택의 공기극으로 공급한다.

가습된 공기가 가습기의 물리적 구조(예를 들어, 가습을 위한 중공사막, 가습된 공기가 흐르는 통로 구조 등)와 접촉함에 따라 가습기 내에서 응축수가 필연적으로 야기된다. 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되면 발전 효율의 저하를 야기한다. 따라서, 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 방지하기 위한 수단이 강구되어야 한다.

미국특허 US 7,264,233(이하, '233 특허)은 가습된 공기가 흐르는 다운스트림 헤더(downstream head)(3) 내부의 하부 영역(liquid pool area)(33)에 고이는 응축수를 배가스가 흐르는 인입 매니폴드(lead-in manifold)(5)로 전달할 수 있는 가습기(1)를 개시하고 있다. 이를 위하여, '233 특허의 가습기(1)는 응축수가 고이는 하부 영역(liquid pool area)(33)과 인입 매니폴드(5)를 연결하는 커뮤니케이팅 튜브(communicating tube)(6)를 포함한다. 즉, 응축수가 중력에 의해 낙하하여 다운스트림 헤드(3) 내부의 하부 영역("liquid pool area"로 지칭됨)(33)에 반드시 모인다는 것을 전제로 한다.

그러나, '233 특허는, (i) 가습이 수행되는 중공사막들(42) 내에서도 응축수가 발생한다는 점, 및 (ii) 저전류 모드에서 고전류 모드로 전환함으로써 갑자기 외부 공기가 고압으로 공급될 때 중공사막들(42) 내에 머물러 있던 응축수가 상기 고압 공기와 함께 상기 중공사막들(42)로부터 토출된 후 다운스트림 헤드(3) 내부의 하부 영역을 거치지 않고 곧바로 가습기(1)로부터 배출되어 연료전지 스택으로 유입된다는 점을 간과하고 있다. 즉, '233 특허는 가동 중인 연료전지 스택으로 상당량의 응축수가 여전히 유입될 수밖에 없어, 그로 인한 발전 효율의 저하를 방지할 수 없다.

또한, 다운스트림 헤드(3) 상에 형성된 '233 특허의 전달 통로(6)는 외부에 노출되어 있기 때문에, 혹독히 추운 환경에서 응축수가 커뮤니케이팅 튜브(6) 내에서 결빙될 위험이 크다. 이와 같은 커뮤니케이팅 튜브(6) 내에서의 응축수 결빙은 다운스트림 헤드(3) 내부의 하부 영역(liquid pool area)(33)에 모인 응축수가 상기 커뮤니케이팅 튜브(6)를 통해 상기 하부 영역(liquid pool area)(33)으로부터 빠져나가는 것을 방해하고, 그 결과, 응축수가 연료전지 스택으로 유입되어 발전 효율 저하를 야기한다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 연료전지용 가습기에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 완벽히 또는 거의 완벽히 방지할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(off-gas) 내의 수분(moisture)으로 가습하고 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료전지용 가습기로서, 제1 및 제2 말단들을 갖는 가습 모듈; 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트를 가지며 상기 제1 말단에 결합된 제1 캡; 및 상기 외부로부터 공급되는 공기를 받아들이기 위한 공기 유입 포트를 가지며 상기 제2 말단에 결합된 제2 캡을 포함하되, 상기 가습 모듈은, 상기 연료전지 스택으로부터 상기 배가스를 받아들이기 위한 배가스 유입 포트 및 상기 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출 포트를 갖는 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치된 다수의 중공사막들을 포함하고, 상기 제1 캡의 내부공간과 상기 제2 캡의 내부공간은 상기 중공사막들의 중공들(lumens)을 통해서만 서로 유체연통하며 - 상기 제1 캡의 내부공간은 상기 제1 캡의 내면과 상기 가습 모듈의 제1 말단에 의해 정의되고, 상기 제2 캡의 내부공간은 상기 제2 캡의 내면과 상기 가습 모듈의 제2 말단에 의해 정의됨 -, 상기 연료전지용 가습기는 상기 제1 캡의 내부공간에서 발생하거나 상기 중공사막들로부터 상기 제1 캡의 내부공간으로 유입되는 응축수를 상기 배가스가 흐르는 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위한 바이패스 튜브를 더 포함하고, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 공기 배출 포트 내에 위치하고, 상기 바이패스 튜브의 타단은 상기 하우징의 내부공간 내에 위치하는, 연료전지용 가습기가 제공된다.

또한, 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하고 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료전지용 가습기로서, 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 다수의 중공사막들; 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트를 가지며 상기 하우징의 일단에 결합된 캡; 및 상기 가습된 공기로부터 발생하는 응축수를 상기 배가스가 흐르는 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위한 바이패스 튜브를 포함하되, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 공기 배출 포트 내에 위치하고, 상기 바이패스 튜브의 타단은 상기 하우징의 내부공간에 위치하는, 연료전지용 가습기가 제공된다.

상기 공기 배출 포트의 길이방향과 상기 중공사막들의 길이방향은 평행하지 않을 수 있다.

상기 제1 캡은 상기 응축수가 상기 공기 배출 포트를 통해 상기 연료전지 스택으로 전달되는 것을 방지하기 위하여 상기 공기 배출 포트 내에 제공된 리브(rib)를 포함할 수 있고, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 리브에 인접하게 위치할 수 있다.

상기 응축수에 나선형 경로(spiral path)를 제공하기 위한 나사산(screw thread)이 상기 공기 배출 포트의 내면 상에 형성될 수 있다.

상기 공기 배출 포트로 유입되어 상기 나선형 경로를 통해 상기 나사산의 말단부(termination portion)에 도달하는 상기 응축수를 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위하여, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 나사산의 말단부에 인접하게 위치할 수 있다.

상기 바이패스 튜브는, 상기 제1 캡에 고정된 제1 튜브; 및 상기 가습 모듈에 고정된 제2 튜브를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 튜브들은 분리 가능하게 결합될 수 있다.

상기 하우징은, 상기 중공사막들이 들어있는 제1 하우징; 및 상기 제1 하우징을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트 및 상기 배가스 배출 포트를 갖는 제2 하우징을 포함할 수 있고, 상기 제1 하우징은 상기 배가스 유입 포트에 대응하는 제1 그룹의 개구들 및 상기 배가스 배출 포트에 대응하는 제2 그룹의 개구들을 가질 수 있다.

상기 중공사막들은 2 이상의 중공사막 다발들을 포함할 수 있고, 상기 하우징은, 상기 2 이상의 중공사막 다발들이 각각 들어있는 2 이상의 제1 하우징들; 및 상기 제1 하우징들을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트 및 상기 배가스 배출 포트를 갖는 제2 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 제1 하우징들 각각은 상기 배가스 유입 포트에 대응하는 제1 그룹의 개구들 및 상기 배가스 배출 포트에 대응하는 제2 그룹의 개구들을 가질 수 있다.

상기 바이패스 튜브는 외부로 노출되지 않을 수 있다.

위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의하면, 가습된 공기의 응결로 인해 발생하는 모든 응축수, 즉 제1 캡의 내부공간에서 발생하는 응축수는 물론이고 중공사막들의 중공에서 발생하여 상기 제1 캡의 내부공간으로 유입되는 응축수까지도 하우징의 내부공간(즉, 배가스가 흐르는 공간)으로 전달함으로써, 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 완벽히 또는 거의 완벽히 방지할 수 있다. 따라서, 연료전지 스택으로의 응축수 유입으로 인한 발전 효율 저하가 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명의 바이패스 튜브는 외부로 노출되지 않기 때문에, 추운 환경에서도 바이패스 튜브 내에서 응축수가 결빙되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 바이패스 튜브 내에서의 응축수 결빙으로 인해 응축수가 바이패스되지 못하고 연료전지 스택으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예를 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 제1 캡 및 바이패스 튜브를 개략적으로 보여주며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 튜브를 개략적으로 보여준다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도이다.

본 발명의 연료전지용 가습기(100)는 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택(미도시)으로부터 배출되는 배가스(off-gas) 내의 수분(moisture)으로 가습하고 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 장치이다.

도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 가습기(100)는 제1 및 제2 말단들(110a, 110b)을 갖는 가습 모듈(110), 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트(OP1)를 가지며 상기 제1 말단(110a)에 결합된 제1 캡(120), 및 외부로부터 공급되는 공기를 받아들이기 위한 공기 유입 포트(IP1)를 가지며 상기 제2 말단(110b)에 결합된 제2 캡(130)을 포함한다.

상기 가습 모듈(110)은 하우징(111) 및 상기 하우징(111) 내에 배치된 다수의 중공사막들(112)을 포함한다. 상기 하우징(111)은 연료전지 스택으로부터 배가스를 받아들이기 위한 배가스 유입 포트(IP2) 및 상기 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출 포트(OP2)를 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 하우징(111)은 중공사막들(112)이 들어있는 제1 하우징(111a), 및 상기 제1 하우징(111a)을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트(IP2) 및 상기 배가스 배출 포트(OP2)를 갖는 제2 하우징(111b)을 포함하고, 상기 제1 하우징(111a)은 상기 배가스 유입 포트(IP2)에 대응하는 제1 그룹의 개구들(H1) 및 상기 배가스 배출 포트(OP2)에 대응하는 제2 그룹의 개구들(H2)을 갖는다.

중공사막(112)의 양 말단들은 상기 제1 하우징(111a)의 양 말단들 내에 각각 형성되어 있는 제1 고정층들(113)에 각각 포팅되어 있고, 상기 제1 하우징(111a)의 양 말단들은 제2 고정층들(114)을 통해 상기 제2 하우징(111b)의 양 말단들에 각각 고정되어 있다.

대안적으로, 본 발명의 하우징(111)은 중공사막들(112)이 들어 있는 단일 하우징(single housing)일 수 있다. 이 경우, 중공사막(112)의 양 말단들은 상기 단일 하우징의 양 말단들 내에 각각 형성되는 고정층들에 각각 포팅될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 중공사막들(112)은 2 이상의 중공사막 다발들을 포함할 수 있고, 상기 하우징(111)은, 상기 2 이상의 중공사막 다발들이 각각 들어있는 2 이상의 제1 하우징들(111a), 및 상기 제1 하우징들(111a)을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트(IP2) 및 상기 배가스 배출 포트(OP2)를 갖는 제2 하우징(111b)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 하우징들(111a) 각각은 상기 배가스 유입 포트(IP2)에 대응하는 제1 그룹의 개구들(H1) 및 상기 배가스 배출 포트(OP2)에 대응하는 제2 그룹의 개구들(H2)을 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 캡(120)의 내부공간과 상기 제2 캡(130)의 내부공간은 상기 중공사막들(112)의 중공들(lumens)을 통해서만 서로 유체연통한다. 상기 제1 캡(120)의 내부공간은 상기 제1 캡(120)의 내면과 상기 가습 모듈(110)의 제1 말단(110a)에 의해 정의되고, 상기 제2 캡(130)의 내부공간은 상기 제2 캡(130)의 내면과 상기 가습 모듈(110)의 제2 말단(110b)에 의해 정의된다.

상기 배가스 유입 포트(IP2)를 통해 하우징(111) 내로 유입되는 배가스는 상기 하우징(111)의 내부공간 내에서 흐르면서 상기 중공사막들(112)과 접촉한 후 상기 배가스 배출 포트(OP2)를 통해 하우징(111) 밖으로 배출된다.

상기 공기 유입 포트(IP1)를 통해 외부로부터 상기 제2 캡(130)의 내부공간으로 유입된 공기는 상기 중공사막들(112)의 중공들을 통해 상기 제1 캡(120)의 내부공간으로 흘러 들어간 후 상기 공기 배출 포트(OP1)를 통해 연료전지 스택으로 공급된다.

공기가 상기 중공사막(112)의 중공을 따라 흐를 때, 하우징(111)의 내부공간을 흐르는 배가스 내에 함유된 수분이 상기 중공사막(112)을 통과하여 공기에 전달됨으로써 상기 공기가 가습되고, 이렇게 가습된 공기가 상기 제1 캡(120)의 내부공간으로 흘러 들어간 후 상기 공기 배출 포트(OP1)를 통해 연료전지 스택으로 공급된다.

전술한 바와 같이, 상기 가습된 공기가 중공사막(112)의 중공 내에서 또는 상기 제1 캡(120)의 내부공간 내에서 응결됨으로써 발생하는 응축수가 연료전지 스택으로 유입되는 것을 방지하여야 한다. 이를 위하여, 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 가습기(100)는 바이패스 튜브(140)를 더 포함한다.

본 발명의 바이패스 튜브(140)는 상기 제1 캡(120)의 내부공간에서 발생하거나 상기 중공사막들(112)로부터 상기 제1 캡(120)의 내부공간으로 유입되는 응축수를 배가스가 흐르는 상기 하우징(111)의 내부공간으로 전달한다.

본 발명에 의하면, 바이패스 튜브(140)의 일단은 상기 공기 배출 포트(OP1) 내에 위치하고, 상기 바이패스 튜브(140)의 타단은 상기 하우징(111)의 내부공간(즉, 배가스가 흐르는 공간) 내에 위치한다. 상기 공기 배출 포트(OP1)로 들어오는 응축수가 기압 차에 의해 상기 바이패스 튜브(140)를 따라 하우징(111)의 내부공간으로 흐르게 된다.

제1 캡(120)의 내부공간에서 발생하거나 중공사막들(112)로부터 제1 캡(120)의 내부공간으로 유입되는 응축수가 연료전지 스택으로 이동하기 위해서는 제1 캡(120)의 공기 배출 포트(OP1)를 반드시 통과하여야만 하기 때문에, 바이패스 튜브(140)의 일단을 상기 공기 배출 포트(OP1) 내에 위치시킴으로써 가습된 공기의 응결로 인해 발생하는 응축수가 연료전지 스택으로 유입되는 것을 상당히 방지할 수 있다.

본 발명에서 상기 바이패스 튜브(140)의 위치가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 바이패스 튜브(140)가 외부로 노출되지 않도록 제1 캡(120)의 내부공간 및 하우징(111)의 내부공간에 배치될 수 있다. 상기 바이패스 튜브(140)가 외부로 노출되지 않으면, 추운 환경에서도 바이패스 튜브(140) 내에서 응축수가 결빙되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 바이패스 튜브(140) 내에서의 응축수 결빙으로 인해 응축수가 바이패스되지 못하고 연료전지 스택으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 응축수가 상기 공기 배출 포트(OP1)를 통해 연료전지 스택으로 전달되는 것을 방지하기 위한 리브(rib)(121)가 상기 공기 배출 포트(OP1) 내에 제공될 수 있다. 상기 리브(121)는 공기 배출 포트(OP1)로 들어온 응축수가 더 이상 연료전지 스택을 향해 흐르는 것을 막는다. 상기 리브(121)에 의해 흐름이 저지된 응축수가 상기 리브(121) 밑에 모이게 된다. 따라서, 도 1에 예시된 바와 같이, 바이패스 튜브(140)의 일단은 상기 리브(121)에 인접하게 위치할 수 있다. 즉, 제1 캡(120)의 본체와 공기 배출 포트(OP1)의 경계부와 제1 리브(121) 사이에 바이패스 튜브(140)의 일단이 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 저전류 모드에서 고전류 모드로 전환함으로써 갑자기 외부 공기가 고압으로 공급될 때 중공사막들(112) 내에 머물러 있던 응축수가 상기 고압 공기와 함께 상기 중공사막들(112)로부터 토출되어 공기 배출 포트(OP1)로 유입된다. 그러나, 상기 리브(121)가 공기 배출 포트(OP1)의 통로 전체를 막는 것은 아니기 때문에, 중공사막들(112)로부터 토출되어 공기 배출 포트(OP1)로 유입되는 응축수 중 일부가 상기 리브(121)에 의해 저지되지 않고 연료전지 스택으로 전달될 위험이 전혀 없다고 말할 수 없다.

이와 같은 위험을 최소화하기 위하여, 도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 캡(120')의 공기 배출 포트(OP1')는 중공사막들(112)의 길이방향과 평행하지 않은 길이방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 가습된 공기가 소정 각도로 위를 향해 흐를 수 있도록 공기 배출 포트(OP1')를 형성함으로써, 중공사막(112)의 길이방향으로 토출되는 응축수의 대부분이 리브(121')에 의해 저지될 수 있다.

그러나, 응축수의 흐름을 저지할 수 있기 위해서는 상기 리브(121, 121')가 어느 정도 이상의 크기를 가질 것이 요구될 뿐만 아니라 가습된 공기의 흐름에 수직인 면을 갖기 때문에, 가습된 공기의 흐름에 과다한 저항이 걸려 연료전지의 발전 효율이 저하될 위험이 있다.

이와 같은 위험을 불식시키기 위하여, 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 제1 캡(120")은 공기 배출 포트(OP1")의 내면 상에 형성된 나사산(screw thread)(122)을 포함할 수 있다. 상기 나사산(122)은 공기 배출 포트(OP1")로 유입되는 응축수에 나선형 경로(spiral path)를 제공한다.

상기 나사산(122)은 도 1의 리브(121)를 대체할 수 있다. 즉, 중공사막(112)의 길이방향에 평행한 방향으로 연장된 공기 배출 포트(OP1)의 내면 상에도 본 발명의 나사산(122)이 형성될 수 있다. 그러나, 도 3에 예시된 바와 같이, 가습된 공기가 소정 각도로 위를 향해 흐를 수 있도록 공기 배출 포트(OP1")가 기울여져 있으면, 공기 배출 포트(OP1")로 유입되는 거의 모든 응축수가 상기 나사산(122)에 의해 안내를 받을 수 있다는 점에서 더 유리하다.

공기 배출 포트(OP1")로 유입되어 나선형 경로를 통해 상기 나사산(122)의 말단부(termination portion)에 도달하는 응축수를 하우징(111)의 내부공간으로 전달하기 위하여, 바이패스 튜브(140")의 일단은 상기 나사산(122)의 말단부에 인접하게 위치할 수 있다. 즉, 상기 바이패스 튜브(140")의 일단은 상기 나선형 경로를 통해 상기 나사산(122)의 말단부로 이동한 응축수 모두를 받아들일 수 있도록 배치된다.

도 3에 예시된 본 발명의 실시예에 의하면, 가습된 공기의 흐름에 과다한 저항이 걸려 연료전지의 발전 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 가습된 공기의 응결로 인해 발생하는 모든 응축수, 즉 제1 캡(120")의 내부공간에서 발생하는 응축수는 물론이고 중공사막들(112)의 중공에서 발생하여 상기 제1 캡(120")의 내부공간으로 유입되는 응축수까지도 하우징(111)의 내부공간(즉, 배가스가 흐르는 공간)으로 전달함으로써, 가동 중인 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 완벽히 또는 거의 완벽히 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 각각 예시된 본 발명의 바이패스 튜브(140, 140', 140")는 하나의 일체형 튜브(single monolithic tube)일 수 있다.

대안적으로, 도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 바이패스 튜브(140, 140', 140")는 상기 제1 캡(120, 120', 120")에 고정된 제1 튜브(141) 및 상기 가습 모듈(110)에 고정된 제2 튜브(142)를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 튜브들(141, 142)은 분리 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 제1 캡(120, 120', 120")을 가습 모듈(110)에 결합할 때 제1 튜브(141)도 제2 튜브(142)에 결합될 수 있어, 가습기(100) 제조 공정의 편의성 및 생산이 향상될 수 있다.

100: 연료전지용 가습기 110: 가습 모듈
111: 하우징 111a: 제1 하우징
111b: 제2 하우징 112: 중공사막
113: 제1 고정층 114: 제2 고정층
120: 제1 캡 121: 리브(rib)
122: 나사산 130: 제2 캡
140: 바이패스 튜브

Claims (12)

1. 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(off-gas) 내의 수분(moisture)으로 가습하고 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료전지용 가습기에 있어서,
   제1 및 제2 말단들을 갖는 가습 모듈;
   상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트를 가지며 상기 제1 말단에 결합된 제1 캡; 및
   상기 외부로부터 공급되는 공기를 받아들이기 위한 공기 유입 포트를 가지며 상기 제2 말단에 결합된 제2 캡을 포함하되,
   상기 가습 모듈은,
   상기 연료전지 스택으로부터 상기 배가스를 받아들이기 위한 배가스 유입 포트 및 상기 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출 포트를 갖는 하우징; 및
   상기 하우징 내에 배치된 다수의 중공사막들을 포함하고,
   상기 제1 캡의 내부공간과 상기 제2 캡의 내부공간은 상기 중공사막들의 중공들(lumens)을 통해서만 서로 유체연통하며 - 상기 제1 캡의 내부공간은 상기 제1 캡의 내면과 상기 가습 모듈의 제1 말단에 의해 정의되고, 상기 제2 캡의 내부공간은 상기 제2 캡의 내면과 상기 가습 모듈의 제2 말단에 의해 정의됨 -,
   상기 연료전지용 가습기는 상기 제1 캡의 내부공간에서 발생하거나 상기 중공사막들로부터 상기 제1 캡의 내부공간으로 유입되는 응축수를 상기 배가스가 흐르는 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위한 바이패스 튜브를 더 포함하고,
   상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 공기 배출 포트 내에 위치하고,
   상기 바이패스 튜브의 타단은 상기 하우징의 내부공간에 위치하는,
   연료전지용 가습기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기 배출 포트의 길이방향과 상기 중공사막들의 길이방향은 평행하지 않은 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 캡은 상기 응축수가 상기 공기 배출 포트를 통해 상기 연료전지 스택으로 전달되는 것을 방지하기 위하여 상기 공기 배출 포트 내에 제공된 리브(rib)를 더 포함하고,
   상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 리브에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 응축수에 나선형 경로(spiral path)를 제공하기 위한 나사산(screw thread)이 상기 공기 배출 포트의 내면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공기 배출 포트로 유입되어 상기 나선형 경로를 통해 상기 나사산의 말단부(termination portion)에 도달하는 상기 응축수를 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위하여, 상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 나사산의 말단부에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스 튜브는,
   상기 제1 캡에 고정된 제1 튜브; 및
   상기 가습 모듈에 고정된 제2 튜브를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 튜브들은 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 중공사막들이 들어있는 제1 하우징; 및
   상기 제1 하우징을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트 및 상기 배가스 배출 포트를 갖는 제2 하우징을 포함하며,
   상기 제1 하우징은 상기 배가스 유입 포트에 대응하는 제1 그룹의 개구들 및 상기 배가스 배출 포트에 대응하는 제2 그룹의 개구들을 갖는 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 중공사막들은 2 이상의 중공사막 다발들을 포함하고,
   상기 하우징은,
   상기 2 이상의 중공사막 다발들이 각각 들어있는 2 이상의 제1 하우징들; 및
   상기 제1 하우징들을 둘러싸며 상기 배가스 유입 포트 및 상기 배가스 배출 포트를 갖는 제2 하우징을 포함하며,
   상기 제1 하우징들 각각은 상기 배가스 유입 포트에 대응하는 제1 그룹의 개구들 및 상기 배가스 배출 포트에 대응하는 제2 그룹의 개구들을 갖는 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스 튜브는 외부로 노출되지 않은 것을 특징으로 하는,
   연료전지용 가습기.
10. 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하고 상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료전지용 가습기에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치된 다수의 중공사막들;
    상기 가습된 공기를 상기 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 배출 포트를 가지며 상기 하우징의 일단에 결합된 캡; 및
    상기 가습된 공기로부터 발생하는 응축수를 상기 배가스가 흐르는 상기 하우징의 내부공간으로 전달하기 위한 바이패스 튜브를 포함하되,
    상기 바이패스 튜브의 일단은 상기 공기 배출 포트 내에 위치하고, 상기 바이패스 튜브의 타단은 상기 하우징의 내부공간에 위치하는,
    연료전지용 가습기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 응축수에 나선형 경로를 제공하기 위한 나사산이 상기 공기 배출 포트의 내면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    연료전지용 가습기.
12. 제11항에 있어서,
    상기 공기 배출 포트의 길이방향과 상기 중공사막들의 길이방향은 평행하지 않은 것을 특징으로 하는,
    연료전지용 가습기.

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