KR20210067368A - 연료전지용 가습기 - Google Patents

연료전지용 가습기 Download PDF

Info

Publication number
KR20210067368A
KR20210067368A KR1020190156903A KR20190156903A KR20210067368A KR 20210067368 A KR20210067368 A KR 20210067368A KR 1020190156903 A KR1020190156903 A KR 1020190156903A KR 20190156903 A KR20190156903 A KR 20190156903A KR 20210067368 A KR20210067368 A KR 20210067368A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
case
mid
packing
fuel cell
cartridge
Prior art date
Application number
KR1020190156903A
Other languages
English (en)
Inventor
김도우
양형모
김인호
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020190156903A priority Critical patent/KR20210067368A/ko
Priority to CN202080083168.7A priority patent/CN114747056B/zh
Priority to JP2022521543A priority patent/JP7357781B2/ja
Priority to CA3157147A priority patent/CA3157147C/en
Priority to PCT/KR2020/017078 priority patent/WO2021107683A1/ko
Priority to EP20893005.7A priority patent/EP4068439A4/en
Priority to US17/766,535 priority patent/US20230290971A1/en
Publication of KR20210067368A publication Critical patent/KR20210067368A/ko
Priority to JP2023158406A priority patent/JP7555464B2/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체를 습윤용 기체를 이용하여 가습하기 위한 가습모듈; 및 상기 가습모듈의 일단에 결합된 제1캡을 포함하고, 상기 가습모듈은 복수의 중공사막이 결합된 카트리지, 상기 카트리지가 결합된 미드케이스, 상기 제1캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 전지용 기체의 유압을 이용하여 상기 카트리지와 상기 미드케이스 사이를 밀폐시키는 제1패킹부재를 포함하며, 상기 제1캡은 상기 제1패킹부재를 상기 미드케이스 쪽으로 압박하는 제1압박부재를 포함하는 연료전지용 가습기에 관한 것이다.

Description

연료전지용 가습기{Humidifier for Fuel Cell}
본 발명은 연료전지에 가습된 공기를 공급하기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것이다.
연료전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배 가량 높다는 장점이 있다.
또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 적다. 따라서, 연료전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell: PAFC), 용융 탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell: MCFC), 고체 산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC), 및 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell: AFC) 등으로 분류할 수 있다.
이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 중에서 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)는 다른 연료전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료전지(PEMFC)의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer Electrolyte 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) 내압 용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 2) 연료전지 반응에 필요한 공급 수분량을 계산하여 솔레노이드 밸브를 통해 가스 유동관에 직접 수분을 공급하는 직접 분사(direct injection) 방식, 및 3) 고분자 분리막을 이용하여 가스의 유동층에 수분을 공급하는 가습 막 방식 등이 있다.
이들 중에서도 배가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 공기에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 막가습 방식이 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.
막가습 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 연료전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료전지에서 고온으로 배출되는 배가스(off-gas)에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 1은 통상의 연료전지용 가습기의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 통상의 막가습 방식의 가습기(100)는 외부로부터 공급되는 공기와 연료전지 스택(미도시)으로부터 배출되는 배가스 사이의 수분 교환이 일어나는 가습모듈(110) 및 상기 가습모듈(110)의 양 단에 결합된 캡들(120)을 포함한다.
상기 캡들(120) 중 하나는 외부로부터 공급되는 공기를 상기 가습모듈(110)로 전달하고, 다른 하나는 상기 가습모듈(110)에 의해 가습된 공기를 연료전지 스택으로 전달한다.
상기 가습모듈(110)은, 배가스 유입구(off-gas inlet)(111a)와 배가스 배출구(off-gas outlet)(111b)를 갖는 미드케이스(mid-case)(111) 및 상기 미드케이스(111) 내의 복수의 중공사막들(112)을 포함한다. 상기 중공사막들(112)의 다발의 양 말단들은 고정층(113)에 포팅되어 있다. 상기 고정층(113)은 일반적으로 캐스팅(casting) 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성된다.
외부로부터 공급되는 공기는 상기 중공사막들(112)의 중공을 따라 흐른다. 상기 배가스 유입구(111a)를 통해 상기 미드케이스(111) 내로 유입된 배가스는 상기 중공사막들(112)의 외표면과 접촉한 후 상기 배가스 배출구(111b)를 통해 상기 미드케이스(111)로부터 배출된다. 상기 배가스가 상기 중공사막들(112)의 외표면과 접촉할 때 상기 배가스 내에 함유되어 있던 수분이 상기 중공사막들(112)을 투과함으로써 상기 중공사막들(112)의 중공을 따라 흐르던 공기를 가습한다.
상기 캡들(120)의 내부 공간들은 상기 중공사막들(112)의 중공들과만 유체연통할 뿐, 상기 미드케이스(111)의 내부 공간과는 완벽히 차단되어 있어야만 한다. 그렇지 않다면, 압력 차이에 의한 공기 누출이 발생하여 연료전지 스택으로 공급되는 가습 공기의 양이 줄어들고 연료전지의 발전 효율이 저하된다.
일반적으로, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 중공사막들(112)의 말단들이 포팅되어 있는 고정층(113) 및 상기 고정층(113)과 상기 미드케이스(111) 사이의 수지층(114)이 상기 캡들(120)의 내부 공간들을 상기 미드케이스(111)의 내부 공간으로부터 차단한다. 상기 고정층(113)과 유사하게, 상기 수지층(114)은 일반적으로 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성된다.
그러나, 상기 수지층(114) 형성을 위한 캐스팅 공정은 상대적으로 많은 공정 시간을 요구하기 때문에 가습기(100)의 생산성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 캐스팅 공정을 통한 수지층 형성으로 인해 가습기의 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기는 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체를 습윤용 기체를 이용하여 가습하기 위한 가습모듈; 및 상기 가습모듈의 일단에 결합된 제1캡을 포함할 수 있다. 상기 가습모듈은 복수의 중공사막이 결합된 카트리지, 상기 카트리지가 결합된 미드케이스, 상기 카트리지와 상기 미드케이스 사이에 배치되어서 상기 카트리지와 상기 미드케이스 사이를 밀폐시키는 제1패킹부재를 포함할 수 있다. 상기 제1패킹부재는 상기 제1캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용하는 제1외측홈, 상기 제1외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 제1외측부재, 상기 제1외측홈과 상기 미드케이스의 사이에 배치된 제1외측돌기, 및 상기 제1외측돌기로부터 상기 미드케이스 쪽으로 연장된 연장부재를 포함할 수 있다. 상기 제1캡은 상기 연장부재를 상기 미드케이스 쪽으로 압박하는 제1압박부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 캡의 내부공간과 미드케이스의 내부공간을 밀폐시키기 위한 캐스팅 공정을 생략할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명은 생산을 위한 공정시간의 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화할 수 있다. 따라서, 본 발명은 추가적인 구성없이 밀폐력을 강화할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다.
본 발명은 제1캡이 가습모듈에 결합됨에 따라 제1패킹부재를 미드케이스 쪽으로 압박하도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제1패킹부재가 카트리지와 미드케이스의 사이를 밀폐시킨 상태로 유지되기 위한 고정력을 강화할 수 있다.
도 1은 통상의 연료전지용 가습기의 개략적인 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 개략적인 분해 사시도
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기를 도 2의 I-I 선을 기준으로 나타낸 개략적인 분해 단면도
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기를 도 2의 I-I 선을 기준으로 나타낸 개략적인 결합 단면도
도 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 6 및 도 7은 도 2의 I-I 선을 기준으로 제1패킹부재를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 8은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 9는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드케이스에 2개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
도 10은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1패킹부재를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 11 내지 도 13은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1패킹부재와 제2패킹부재가 미드케이스와 카트리지들에 결합된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 14는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드케이스에 3개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
이하에서는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 연료전지 스택(미도시)으로 공급될 전지용 기체를 가습하기 위한 것이다. 상기 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체는 연료가스 또는 공기일 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 전지용 기체의 가습을 위한 가습모듈(2), 및 상기 가습모듈(2)의 일단에 결합된 제1캡(3)을 포함한다. 상기 가습모듈(2)은 복수의 중공사막(211)이 결합된 카트리지(21), 상기 카트리지(21)가 결합된 미드케이스(22), 및 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이에 배치되어서 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이를 밀폐시키는 제1패킹부재(23)를 포함한다. 상기 제1패킹부재(23)는 캐스팅(casting) 공정 없이 결합을 통해 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이를 밀폐시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1패킹부재(23)는 상기 제1캡(3)의 내부공간과 상기 미드케이스(22)의 내부공간을 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상대적으로 많은 공정시간이 요구되는 캐스팅 공정을 생략할 수 있으므로, 생산을 위한 공정시간의 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
이하에서는 상기 가습모듈(2) 및 상기 제1캡(3)에 관해 첨부된 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 가습모듈(2)은 상기 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체를 가습하는 것이다. 상기 가습모듈(2)의 일단에는 상기 제1캡(3)이 결합될 수 있다. 상기 가습모듈(2)의 타단에는 제2캡(4)이 결합될 수 있다. 상기 제1캡(3)은 외부로부터 공급되는 전지용 기체를 상기 가습모듈(2)로 전달할 수 있다. 상기 제2캡(4)은 상기 가습모듈(2)에 의해 가습된 전지용 기체를 상기 연료전지 스택으로 전달할 수 있다. 상기 제2캡(4)이 외부로부터 공급되는 전지용 기체를 상기 가습모듈(2)로 전달하고, 상기 제1캡(3)이 상기 가습모듈(2)에 의해 가습된 전지용 기체를 상기 연료전지 스택으로 전달할 수도 있다.
상기 가습모듈(2)은 상기 카트리지(21), 상기 미드케이스(22), 및 상기 제1패킹부재(23)를 포함한다.
상기 카트리지(21)는 상기 중공사막(211)을 복수개 포함한다. 상기 중공사막(211)들은 상기 카트리지(21)로 구현되어서 모듈화될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)를 상기 미드케이스(22)에 결합하는 공정을 통해, 상기 중공사막(211)들은 상기 미드케이스(22)의 내부에 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 중공사막(211)들에 대한 설치작업, 분리작업, 및 교체작업의 용이성을 향상시킬 수 있다. 상기 카트리지(21)는 상기 중공사막(211)들을 수용하는 이너케이스(210)를 포함할 수 있다. 상기 중공사막(211)들은 상기 이너케이스(210)의 내부에 배치되어서 모듈화될 수 있다. 상기 중공사막(211)들은 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 형성된 고분자막을 포함할 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제1포팅부(212)를 포함할 수 있다. 상기 제1포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들의 일측을 고정하는 것이다. 이 경우, 상기 제1포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들의 중공을 막지 않도록 형성될 수 있다. 상기 제1포팅부(212)는 캐스팅 공정을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 제1포팅부(212)는 상기 이너케이스(210)와 상기 중공사막(211)들의 일측을 고정시킬 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제2포팅부(213)를 포함할 수 있다. 상기 제2포팅부(213)는 상기 중공사막(211)들의 타측을 고정하는 것이다. 이 경우, 상기 제1포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들의 중공을 막지 않도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 스택에 공급될 전지용 기체는 상기 제2포팅부(213)와 상기 제1포팅부(212)에 방해됨에 없이 상기 중공사막(211)들의 중공으로 공급되어서 가습된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 상기 제2포팅부(213)는 캐스팅 공정을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 제2포팅부(213)는 상기 이너케이스(210)와 상기 중공사막(211)들의 타측을 고정시킬 수 있다.
상기 미드케이스(22)는 상기 카트리지(21)가 결합된 것이다. 상기 미드케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이에 공간이 마련되도록, 상기 카트리지(21)는 상기 미드케이스(22)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 미드케이스(22)는 유입구(221)와 배출구(222)를 포함할 수 있다. 수분이 함유된 습윤용 기체는, 상기 유입구(221)를 통해 상기 미드케이스(22)의 내부로 공급된 후에 상기 중공사막(211)들의 외표면과 접촉할 수 있다. 이 과정에서 습윤용 기체에 함유되어 있던 수분이 상기 중공사막(211)들을 투과함으로써, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 전지용 기체를 가습할 수 있다. 가습된 전지용 기체는 상기 중공사막(211)들로부터 배출된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 전지용 기체를 가습한 이후의 습윤용 기체는, 상기 배출구(222)를 통해 상기 미드케이스(22)의 외부로 배출될 수 있다. 상기 유입구(221)는 상기 연료전지 스택에 연결될 수 있다. 이 경우, 습윤용 기체는 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(Off-gas)일 수 있다.
한편, 상기 카트리지(22)에는 습윤용 기체가 유입되기 위한 유입공(미도시), 및 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 전지용 기체를 가습한 이후의 습윤용 기체가 배출되기 위한 배출공(미도시)이 형성될 수 있다. 이 경우, 습윤용 기체는 상기 유입구(221)를 통해 상기 미드케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이로 공급되고, 상기 유입공을 통해 상기 카트리지(22)의 내부로 공급되며, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 전지용 기체를 가습한 후에 상기 배출공을 통해 상기 미드케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이로 배출되고, 상기 배출구(222)를 통해 상기 미드케이스(22)의 외부로 배출될 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참고하면, 상기 제1패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이를 밀폐시키는 것이다. 상기 제1패킹부재(23)는 상기 연료전지 스택에 공급될 전지용 기체와 상기 미드케이스(22)의 내부로 공급된 습윤용 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(21)는 상기 제1패킹부재(23)에 형성된 제1통과공(23a)에 삽입될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1패킹부재(23)를 복수개 포함할 수 있다. 상기 제1패킹부재들(23, 23')은 각각 상기 카트리지(21)의 양측에 배치될 수 있다. 상기 제1패킹부재들(23, 23')은 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 카트리지(21)의 일측에 배치된 제1패킹부재(23)를 기준으로 하여 설명한다. 이로부터 상기 카트리지(21)의 타측에 배치된 제1패킹부재(23')의 구조 등을 이해하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 제1패킹부재(23)는 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 가습공정이 이루어지는 과정에서 전지용 기체와 습윤용 기체 모두가 상당한 크기의 압력으로 유동하므로, 전지용 기체는 상기 제1패킹부재(23)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시키기에 충분한 압력을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 가습공정이 이루어지는 과정에서 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 제1패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 전지용 기체와 습윤용 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 추가적인 구성없이 구현할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다. 상기 제1패킹부재(23)는 탄성변형(Elastic Deformation)이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1패킹부재(23)는 고무류로 형성될 수 있다. 상기 제1패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이를 밀폐하도록 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1패킹부재(23)는 제1패킹본체(230)를 포함할 수 있다. 상기 제1패킹본체(230)는 상기 제1패킹부재(23)의 전체적인 외관을 이루는 것이다. 상기 제1패킹본체(230)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이에 삽입되면, 상기 제1패킹본체(230)의 제1외측면(230a)은 상기 제1캡(3) 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1패킹본체(230)의 제1내측면(230b)은 상기 미드케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 제1내측면(230b)과 상기 제1외측면(230a)은 서로 반대되는 방향 쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제1패킹부재(23)는 제1외측홈(231), 및 제1외측부재(232)를 포함할 수 있다.
상기 제1외측홈(231)은 전지용 기체를 수용하는 것이다. 상기 제1외측홈(231)은 상기 제1외측면(230a)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1외측홈(231)은 상기 제1캡(3) 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 제1캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용할 수 있다.
상기 제1외측부재(232)는 상기 제1외측홈(231)과 상기 카트리지(21)의 사이에서 상기 카트리지(21)에 접촉된 것이다. 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라, 상기 제1외측부재(232)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 제1패킹부재(23)와 상기 카트리지(21)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다.
상기 제1패킹부재(23)는 제1외측돌기(233)를 포함할 수 있다. 상기 제1외측돌기(233)는 상기 제1외측홈(231)과 상기 미드케이스(22)의 사이에서 상기 미드케이스(22)에 접촉된 것이다. 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라, 상기 제1외측돌기(233)는 상기 미드케이스(22) 쪽으로 압축되어서 상기 미드케이스(22)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 제1패킹부재(23)와 상기 미드케이스(22)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다.
상기 제1패킹부재(23)가 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1외측돌기(233)를 모두 포함하는 경우, 상기 제1외측홈(231)은 제1축방향(X축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1외측돌기(233)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력은 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1외측돌기(233) 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력을 이용하여, 상기 제1외측부재(232)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러 상기 제1외측돌기(233)가 상기 미드케이스(22)에 밀착될 수 있다. 상기 제1외측부재(232), 상기 제1외측돌기(233), 및 상기 제1패킹본체(230)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제1패킹부재(23)는 연장부재(234)를 포함할 수 있다. 상기 연장부재(234)는 상기 미드케이스(22) 쪽으로 연장된 것이다. 상기 연장부재(234)는 상기 제1외측돌기(233)로부터 상기 미드케이스(22) 쪽으로 연장될 수 있다. 상기 연장부재(234)는 상기 미드케이스(22)에 지지될 수 있다. 상기 제1캡(3)이 상기 가습모듈(2)의 일단에 결합되면, 상기 제1캡(3)은 상기 연장부재(234)를 상기 미드케이스(22) 쪽으로 압박할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 연장부재(234)에 대한 압박력을 이용하여 상기 제1캡(3)과 상기 미드케이스(22) 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 연장부재(234)는 상기 제1패킹본체(230)로부터 상기 미드케이스(22) 쪽으로 연장될 수도 있다.
상기 제1패킹부재(23)는 걸림홈(234a), 및 걸림부재(235)를 포함할 수 있다.
상기 걸림홈(234a)은 상기 연장부재(234)에 형성된 것이다. 상기 걸림홈(234a)은 상기 제1외측돌기(233)와 상기 걸림부재(235)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 걸림홈(234a)에는 상기 미드케이스(22)가 삽입될 수 있다.
상기 걸림부재(235)는 상기 연장부재(234)에 결합된 것이다. 상기 연장부재(234)는 상기 걸림부재(235)와 상기 제1외측돌기(233)를 연결할 수 있다. 상기 걸림부재(235)는 상기 걸림홈(234a)에 삽입된 미드케이스(22)의 외측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 걸림부재(235)와 상기 제1외측돌기(233)의 사이에 상기 미드케이스(22)가 배치될 수 있다. 상기 걸림부재(235)와 상기 제1패킹본체(230)의 사이에도 상기 미드케이스(22)가 배치될 수 있다. 상기 연장부재(234), 상기 걸림부재(235), 상기 제1외측돌기(233), 및 상기 제1패킹본체(230)는 일체로 형성될 수도 있다.
이와 같이 상기 제1패킹부재(23)가 상기 미드케이스(22)에 걸림 방식으로 결합되므로, 전지용 기체의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화하는 과정에서 상기 제1패킹부재(23)가 상기 미드케이스(22)의 내부로 삽입되는 깊이가 제한될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 전지용 기체의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화하는 작업의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참고하면, 상기 제1패킹부재(23)는 제1보강부재(236)를 포함할 수 있다. 상기 제1보강부재(236)는 상기 제1패킹본체(230)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제1보강부재(236)는 상기 제1패킹본체(230)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1보강부재(236)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1보강부재(236)는 인서트 성형을 통해 상기 제1패킹본체(230)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 2 내지 도 8을 참고하면, 상기 제1패킹부재(23)는 억지 끼워맞춤(Interference Fit)을 통해 압축을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수 있다.
이를 위해, 상기 카트리지(21)는 제1서포트(214)를 포함할 수 있다. 상기 제1서포트(214)는 상기 제1포팅부(212)에 결합될 수 있다. 상기 제1서포트(214)는 상기 제1포팅부(212)의 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1포팅부(212)는 상기 제1서포트(214)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 제1서포트(214)는 고리 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1서포트(214)는 상기 제1포팅부(212)의 외측으로 돌출되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1패킹부재(23)가 상기 미드케이스(22)와 상기 카트리지(21)의 사이에 삽입되는 과정에서, 상기 미드케이스(22)와 상기 제1서포트(214)의 사이에 배치된 상기 제1패킹부재(23)의 부분은 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축될 수 있다. 따라서, 상기 제1패킹부재(23)를 이용한 밀폐력이 더 강화될 수 있다.
상기 제1서포트(214)는 제2축방향(Y축 방향)으로의 이동이 제한되도록 후크(Hook) 결합을 통해 상기 이너케이스(210)에 지지될 수 있다. 상기 제2축방향(Y축 방향)은 상기 제1축방향(X축 방향)에 대해 수직한 축 방향으로, 상기 제1캡(3)과 상기 제2캡(4)이 서로 이격된 방향에 대해 평행한 축 방향이다. 상기 제1서포트(214)가 상기 이너케이스(210)에 결합된 상태에서 캐스팅 공정을 통해 상기 제1포팅부(212)가 형성됨으로써, 상기 제1서포트(214)는 상기 제1포팅부(212)에 결합되도록 구현될 수 있다. 그 후에 상기 제1패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22)의 사이에 삽입될 수 있다. 상기 제1서포트(214)는 상기 제1패킹부재(23)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1서포트(214)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1서포트(214)는 상기 제2축방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1패킹부재(23)에 비해 더 짧은 길이로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1포팅부(212)의 사이에는 상기 제1서포트(214)가 존재하지 않고, 상기 제1패킹본체(230)와 상기 제1포팅부(212)의 사이에만 상기 제1서포트(214)가 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1외측부재(232)는 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1포팅부(212)에 밀착될 수 있다. 상기 제1패킹본체(230)는 상기 미드케이스(22)와 상기 제1서포트(214) 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트(214)에 밀착될 수 있다.
상기 제1서포트(214)는 상기 제2축방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1패킹부재(23)와 동일한 길이로 구현되거나 상기 제1패킹부재(23)에 비해 더 긴 길이로 구현될 수도 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1포팅부(212)의 사이에 상기 제1서포트(214)가 존재함과 아울러 상기 제1패킹본체(230)와 상기 제1포팅부(212)의 사이에도 상기 제1서포트(214)가 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1패킹본체(230)는 상기 미드케이스(22)와 상기 제1서포트(214) 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트(214)에 밀착될 수 있다. 이 경우, 상기 제1외측부재(232)는 상기 제1서포트(214)에 의한 압축과 상기 제1외측홈(231)에 수용된 전기용 기체의 압력 모두를 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다.
상기 제1서포트(214)가 상기 제1외측부재(232)와 상기 제1패킹본체(230) 모두에 접촉되도록 구현된 경우, 상기 제1서포트(214)는 캐스팅 공정을 통해 상기 제1포팅부(212)를 형성하는 과정에서 포팅캡(Potting Cap)으로 사용될 수 있다. 이 경우, 도 8에 점선으로 도시된 바와 같이 상기 제1서포트(214)가 상기 이너케이스(210)에 결합되어서 포팅캡으로 구현된 상태에서 캐스팅 공정을 통해 상기 제1포팅부(212)를 형성한 후에, 상기 중공사막(211)들의 중공이 개방되도록 상기 제1서포트(214)의 일부분(CP)과 상기 제1포팅부(212)의 일부분을 절단(Cutting)하는 절단공정을 거쳐 상기 카트리지(21)로 제조될 수 있다. 따라서, 별도의 포팅캡을 사용하는 비교예와 대비할 때, 상기 제1서포트(214)를 포팅캡으로 사용하는 실시예는 포팅캡을 조립하는 공정, 포킹캡을 제거하는 공정 등을 생략할 수 있다. 따라서, 상기 제1서포트(214)를 포팅캡으로 사용하는 실시예는 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제조시간 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제2서포트(215, 도 3과 도 4에 도시됨)를 포함할 수 있다. 상기 제2서포트(215)는 상기 제2포팅부(213)에 결합될 수 있다. 상기 제2서포트(215)와 상기 제1서포트(214)는 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 제1서포트(214)에 대한 설명으로부터 상기 제2서포트(215)의 구조 등을 이해하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다. 이에, 상기 제2서포트(215)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 9를 참고하면, 상기 제1캡(3)은 상기 가습모듈(2)의 일단에 결합된 것이다. 상기 제1캡(3)과 상기 카트리지(21) 사이의 공간은, 상기 제1패킹부재(23)에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다.
상기 제1캡(3)은 제1압박부재(31)를 포함할 수 있다. 상기 제1캡(3)이 상기 가습모듈(2)의 일단에 결합되면, 상기 제1압박부재(31)는 상기 연장부재(234)를 상기 미드케이스(22) 쪽으로 압박할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1압박부재(31)는 상기 제1패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22)의 사이를 밀폐시킨 상태로 유지되기 위한 고정력을 더 강화할 수 있다. 상기 제1압박부재(31)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1캡(3)은 제1압박돌기(32, 도 8에 도시됨)를 포함할 수 있다. 상기 제1압박돌기(32)는 상기 제1압박부재(31)로부터 돌출된 것이다. 상기 제1캡(3)이 상기 가습모듈(2)의 일단에 결합되면, 상기 제1압박돌기(32)는 상기 연장부재(234)를 상기 미드케이스 쪽으로 압축시켜서 상기 연장부재(234)를 상기 미드케이스(22)에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1압박돌기(32)는 상기 제1캡(3)과 상기 미드케이스(22)의 사이에 대한 밀폐력을 더 강화할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1패킹부재(23)에 대한 고정력을 더 강화할 수 있다. 상기 제1압박돌기(32)는 상기 제1압박부재(31)로부터 돌출될수록 크기가 감소되게 형성될 수 있다. 상기 제1압박돌기(32)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1캡(3)은 제1지지부재(33, 도 8에 도시됨)를 포함할 수 있다. 상기 제1지지부재(33)는 상기 제1외측홈(231)에 삽입되어서 상기 제1패킹본체(230)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1지지부재(33)는 상기 제1패킹부재(23)의 이동을 제한함으로써, 진동과 흔들린 등으로 인해 상기 제1패킹부재(23)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1지지부재(33)는 상기 제1패킹본체(230)를 압축시킬 수 있는 길이로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1지지부재(33)는 상기 제1패킹본체(230)의 압축을 통해 상기 제1외측홈(231)이 전지용 유체를 수용하기에 충분한 크기로 유지되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제1지지부재(33)는 상기 제1패팅본체(230)의 압축을 통해 상기 제1패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)에 밀착되는 밀착력을 더 강화할 수 있다. 상기 제1지지부재(33)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 제2캡(4)은 상기 가습모듈(2)의 타단에 결합된 것이다. 상기 제2캡(4)과 상기 카트리지(21) 사이의 공간은, 상기 제1패킹부재(23')에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제2캡(4)은 제2압박부재, 제2압박돌기, 및 제2지지부재를 포함할 수 있다. 상기 제2압박부재, 상기 제2압박돌기, 및 상기 제2지지부재는 상술한 제1압박부재(31), 상기 제1압박돌기(32), 및 상기 제1지지부재(33) 각각과 대략 일치하게 구현되므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 9 내지 도 13을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드케이스(22)에 상기 카트리지(21)가 복수개 결합되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 미드케이스(22)에는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 배치된 격벽부재(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 카트리지들(21, 21')은 상기 격벽부재들의 사이에 배치되어서 개별적으로 탈부착 가능하게 상기 미드케이스(22)에 결합될 수 있다. 한편, 도 11 내지 도 13에 도시된 카트리지들(21, 21')은 각각 복수개의 중공사막들과 이너케이스를 포함하는 것이나, 중공사막들과 이너케이스가 생략되고 제1포팅부만 표현된 것이다.
상기 미드케이스(22)에 상기 카트리지(21)가 복수개 결합되도록 구현된 경우, 상기 가습모듈(2)은 제2패킹부재(24)를 포함할 수 있다.
상기 제2패킹부재(24)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 밀폐시키는 것이다. 상기 제2패킹부재(24)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 통해 전지용 기체와 습윤용 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2패킹부재(24)를 복수개 포함할 수 있다. 상기 제2패킹부재들(24, 24')은 각각 상기 카트리지들(21, 21')의 양측에 배치될 수 있다. 상기 제2패킹부재들(24, 24')은 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 카트리지들(21, 21')의 일측에 배치된 제2패킹부재(24)를 기준으로 하여 설명한다. 이로부터 상기 카트리지들(21, 21')의 타측에 배치된 제2패킹부재(24')의 구조 등을 이해하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 제2패킹부재(24)는 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 통해 전지용 기체와 습윤용 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 추가적인 구성없이 구현할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다. 상기 제2패킹부재(24)는 탄성변형(Elastic Deformation)이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2패킹부재(24)는 고무류로 형성될 수 있다.
상기 제2패킹부재(24)는 제2패킹본체(240)를 포함할 수 있다. 상기 제2패킹본체(240)는 상기 제2패킹부재(24)의 전체적인 외관을 이루는 것이다. 상기 제2패킹본체(240)가 상기 카트리지들(21, 21') 사이에 삽입되면, 상기 제2패킹본체(240)의 제2외측면(240a)은 상기 제1캡(3) 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2패킹본체(240)의 제2내측면(240b)은 상기 미드케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 미드케이스(22)의 내부에 격벽부재가 구비된 경우, 상기 제2내측면(240b)은 상기 격벽부재 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 제2내측면(240b)과 상기 제2외측면(240a)은 서로 반대되는 방향 쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제2패킹부재(24)는 제2외측홈(241), 및 복수의 제2외측부재들(242, 242')을 포함할 수 있다.
상기 제2외측홈(241)은 전지용 기체를 수용하는 것이다. 상기 제2외측홈(241)은 상기 제2외측면(240a)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2외측홈(241)은 상기 제1캡(3) 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 제1캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용할 수 있다.
상기 제2외측부재들(242, 242')은 상기 제2외측홈(241)과 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에서 상기 카트리지들(21, 21')에 접촉된 것이다. 상기 제2외측홈(241)에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라, 상기 제2외측부재들(242, 242')은 상기 카트리지들(21, 21')들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들(21, 21') 각각에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2외측홈(241)에 수용된 전지용 기체의 압력을 이용하여 상기 제2패킹부재(24)와 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제2외측홈(241)은 상기 제2외측부재들(242, 242')의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2외측홈(241)에 수용된 전지용 기체의 압력은 상기 제2외측부재들(242, 242') 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작용할 수 있다. 상기 제2외측부재들(242, 242'), 및 상기 제2패킹본체(240)는 일체로 형성될 수도 있다.
도 13을 참고하면, 상기 제2패킹부재(24)는 제2보강부재(243)를 포함할 수 있다. 상기 제2보강부재(243)는 상기 제2패킹본체(240)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제2보강부재(243)는 상기 제2패킹본체(240)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2보강부재(243)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제2보강부재(243)는 인서트 성형을 통해 상기 제2패킹본체(240)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참고하면, 상기 카트리지들(21, 21')은 상기 제1서포트들(214, 214')을 포함할 수 있다. 상기 제1서포트들(214, 214')은 상기 카트리지들(21, 21')의 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2패킹부재(24)가 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 삽입되는 과정에서, 상기 제1서포트들(214, 214')의 사이에 배치된 상기 제2패킹부재(24)의 부분은 억지 끼워맞춤됨에 따라 압출될 수 있다. 따라서, 상기 제2패킹부재(24)를 이용한 밀폐력이 더 강화될 수 있다. 상기 제1서포트들(214, 214')은 각각 상기 제2패킹부재(24)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1서포트들(214, 214')은 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1서포트들(214, 214')은 상기 제2축방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제2패킹부재(24)에 비해 더 짧은 길이로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제2외측부재들(242, 242')과 상기 제1포팅부들(212, 212')의 사이에는 상기 제1서포트들(214, 214')이 존재하지 않고, 상기 제2패킹본체(240)와 상기 제1포팅부들(212, 212')의 사이에만 상기 제1서포트들(214, 214')이 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2외측부재들(242, 242')은 상기 제2외측홈(241)에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1포팅부들(212, 212')에 밀착될 수 있다. 상기 제2패킹본체(240)는 상기 제1서포트들(214, 214') 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트들(214, 214')에 밀착될 수 있다.
상기 제1서포트들(214, 214')은 상기 제2축방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제2패킹부재(24)와 동일한 길이로 구현되거나 상기 제2패킹부재(24)에 비해 더 긴 길이로 구현될 수도 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 제2외측부재들(242, 242')과 상기 제1포팅부들(212, 212')의 사이에 상기 제1서포트들(214, 214')이 존재함과 아울러 상기 제2패킹본체(240)와 상기 제1포팅부들(212, 212')의 사이에도 상기 제1서포트들(214, 214')이 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2외측부재들(242, 242')과 상기 제2패킹본체(240)는 상기 제1서포트들(214, 214') 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트들(214, 214')에 밀착될 수 있다. 이 경우, 상기 제2외측부재들(242, 242')은 상기 제1서포트들(214, 214')에 의한 압축과 상기 제2외측홈(241)에 수용된 전기용 기체의 압력 모두를 이용하여 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착될 수 있다.
도 9, 도 11 내지 도 13에는 상기 미드케이스(22)에 2개의 카트리지(21)가 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드케이스(22)에 3개의 카트리지들(21, 21', 21")이 결합되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 가습모듈(2)의 일측에 2개의 제2패킹부재(24)가 구비됨과 아울러 상기 가습모듈(2)의 타측에 2개의 제2패킹부재(24')가 구비될 수 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드케이스(22)에 4개 이상의 카트리지(21)들이 결합되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 미드케이스(22)에 결합된 카트리지(21)의 개수가 증가하는 만큼 상기 제2패킹부재들(24, 24')의 개수가 증가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 연료전지용 가습기 2 : 가습모듈
3 : 제1캡 4 : 제2캡
21 : 카트리지 22 : 미드케이스
23 : 제1패킹부재 24 : 제2패킹부재

Claims (10)

  1. 연료전지 스택으로 공급될 전지용 기체를 습윤용 기체를 이용하여 가습하기 위한 가습모듈; 및
    상기 가습모듈의 일단에 결합된 제1캡을 포함하고,
    상기 가습모듈은 복수의 중공사막이 결합된 카트리지, 상기 카트리지가 결합된 미드케이스, 상기 카트리지와 상기 미드케이스 사이에 배치되어서 상기 카트리지와 상기 미드케이스 사이를 밀폐시키는 제1패킹부재를 포함하며,
    상기 제1패킹부재는 상기 제1캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용하는 제1외측홈, 상기 제1외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 제1외측부재, 상기 제1외측홈과 상기 미드케이스의 사이에 배치된 제1외측돌기, 및 상기 제1외측돌기로부터 상기 미드케이스 쪽으로 연장된 연장부재를 포함하고,
    상기 제1캡은 상기 연장부재를 상기 미드케이스 쪽으로 압박하는 제1압박부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1캡은 상기 제1압박부재로부터 돌출된 제1압박돌기를 포함하고,
    상기 제1압박돌기는 상기 연장부재를 상기 미드케이스 쪽으로 압축시켜서 상기 연장부재를 상기 미드케이스에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1패킹부재는 상기 제1외측홈이 형성된 제1패킹본체를 포함하고,
    상기 제1캡은 상기 제1외측홈에 삽입되어서 상기 제1패킹본체를 지지하는 제1지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1포팅부, 및 상기 제1포팅부에 결합된 제1서포트를 포함하고,
    상기 제1패킹부재는 상기 제1외측홈이 형성된 제1패킹본체를 포함하며,
    상기 제1패킹본체는 상기 미드케이스와 상기 제1서포트 사이에 억지 끼워맞춤(Interference Fit)됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트에 밀착되고,
    상기 제1외측부재는 상기 제1외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1포팅부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1포팅부, 및 상기 제1포팅부에 결합된 제1서포트를 포함하고,
    상기 제1패킹부재는 상기 제1외측홈이 형성된 제1패킹본체를 포함하며,
    상기 제1패킹본체와 상기 제1외측부재는 상기 미드케이스와 상기 제1서포트 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1서포트는 상기 제1패킹부재에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1패킹부재는 상기 제1외측홈이 형성된 제1패킹본체, 및 상기 제1패킹본체의 내부에 배치된 제1보강부재를 포함하고,
    상기 제1보강부재는 상기 제1패킹본체에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미드케이스에는 상기 카트리지가 복수개 결합되고,
    상기 가습모듈은 상기 카트리지들의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들의 사이를 밀폐시키는 제2패킹부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2패킹부재는 상기 제1캡과 상기 카트리지들의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용하는 제2외측홈, 상기 제2외측홈이 형성된 제2패킹본체, 및 상기 제2외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 상기 카트리지들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들 각각에 밀착되는 복수의 제2외측부재를 포함하고,
    상기 카트리지들은 각각 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1포팅부, 및 상기 제1포팅부에 결합된 제1서포트를 포함하며,
    상기 제2외측부재들은 상기 제2외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 상기 제1포팅부들 쪽으로 압축되어서 상기 제1포팅부들 각각에 밀착되고,
    상기 제2패킹본체는 상기 제1서포트들 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트들에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2패킹부재는 상기 제1캡과 상기 카트리지들의 사이에 위치한 전지용 기체를 수용하는 제2외측홈, 상기 제2외측홈이 형성된 제2패킹본체, 및 상기 제2외측홈에 수용된 전지용 기체의 압력에 따라 상기 카트리지들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들 각각에 밀착되는 복수의 제2외측부재를 포함하고,
    상기 카트리지들은 각각 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1포팅부, 및 상기 제1포팅부에 결합된 제1서포트를 포함하며,
    상기 제2외측부재들과 상기 제2패킹본체는 상기 제1서포트들 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1서포트들에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
KR1020190156903A 2019-11-29 2019-11-29 연료전지용 가습기 KR20210067368A (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156903A KR20210067368A (ko) 2019-11-29 2019-11-29 연료전지용 가습기
CN202080083168.7A CN114747056B (zh) 2019-11-29 2020-11-27 燃料电池用加湿器
JP2022521543A JP7357781B2 (ja) 2019-11-29 2020-11-27 燃料電池用加湿器
CA3157147A CA3157147C (en) 2019-11-29 2020-11-27 Fuel cell humidifier
PCT/KR2020/017078 WO2021107683A1 (ko) 2019-11-29 2020-11-27 연료전지용 가습기
EP20893005.7A EP4068439A4 (en) 2019-11-29 2020-11-27 FUEL CELL HUMIDIFIER
US17/766,535 US20230290971A1 (en) 2019-11-29 2020-11-27 Fuel cell humidifier
JP2023158406A JP7555464B2 (ja) 2019-11-29 2023-09-22 燃料電池用加湿器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156903A KR20210067368A (ko) 2019-11-29 2019-11-29 연료전지용 가습기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210067368A true KR20210067368A (ko) 2021-06-08

Family

ID=76399301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190156903A KR20210067368A (ko) 2019-11-29 2019-11-29 연료전지용 가습기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210067368A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024191101A1 (ko) * 2023-03-15 2024-09-19 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024191101A1 (ko) * 2023-03-15 2024-09-19 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200122260A (ko) 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재
KR102704080B1 (ko) 연료전지용 가습기
KR20200122211A (ko) 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재
JP7555464B2 (ja) 燃料電池用加湿器
EP4270554A1 (en) Fuel cell membrane humidifier preventing damage of humidification membrane
KR20220130047A (ko) 연료전지용 가습기
US20240055627A1 (en) Fuel cell membrane humidifier and fuel cell system comprising same
KR20210067368A (ko) 연료전지용 가습기
KR20210067510A (ko) 연료전지용 가습기
JP7511766B2 (ja) 燃料電池用加湿器
KR102718400B1 (ko) 연료전지용 가습기
KR20210067464A (ko) 연료전지용 가습기
US20230361322A1 (en) Gasket assembly and fuel cell membrane humidifier comprising same
US20240243308A1 (en) Fuel cell membrane humidifier
EP4270557A1 (en) Gasket assembly and fuel cell membrane humidifier including same
JP2024515130A (ja) 燃料電池の膜加湿器
KR20220096479A (ko) 연료전지용 가습기
KR20220096478A (ko) 연료전지용 가습기 제조방법 및 이에 의해 제조된 연료전지용 가습기
KR20220097280A (ko) 연료전지용 가습기
KR20240154249A (ko) 연료전지용 가습기
CA3202604A1 (en) Humidifier for fuel cell
KR20240153301A (ko) 연료전지용 가습기
KR20220095796A (ko) 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right