KR20210144114A - 가습효율이 개선된 연료전지용 막가습기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 길이방향 양단이 개방된 내부공간을 구비하며, 습윤공기 배출구가 형성되는 몸체하우징; 다수 개의 통기공이 형성된 중공관 형상으로 형성되어 다수의 중공사막이 내장되며, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 상기 몸체하우징의 길이방향 양단을 향하도록 상기 몸체하우징의 내부에 설치되며, 외측면이 상기 몸체하우징의 내측면과 이격되는 중공사막 카트리지; 습윤공기 유입구 및 건조공기 배출구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 일단을 덮도록 결합되며, 습윤공기 유로와 건조공기 유로가 내부에 형성되는 제1 엔드하우징; 건조공기 유입구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 타단을 덮도록 결합되며, 상기 건조공기 유입구로 유입된 건조공기를 모두 상기 중공사막의 길이방향 타단으로 전달하는 제2 엔드하우징; 상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 일측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 일측 사이를 밀폐시키는 제1 포팅부; 상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 타측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 타측 사이를 밀폐시키는 제2 포팅부;를 포함하여 구성된다.

Description

가습효율이 개선된 연료전지용 막가습기 {High efficient humidification device for fuel cell}

본 발명은 중공사막 카트리지를 구비하는 연료전지용 막가습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 중공사막 전체에 걸쳐 습윤공기와 접촉공기가 접촉되어 가습효율이 개선된 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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 중공사막을 구비하는 연료전지용 막가습기에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 연료전지용 막가습기의 분해사시도이고, 도 2는 종래의 연료전지용 막가습기의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 연료전지용 막가습기는, 길이방향 양단이 개방된 내부공간을 구비하는 몸체하우징(10)과, 상기 몸체하우징(10)의 개구부를 덮도록 결합되는 한 쌍의 엔드하우징(20)과, 길이방향 양단이 한 쌍의 엔드하우징(20)을 향하도록 상기 몸체하우징(10)의 내부에 설치되는 중공사막(30)과, 몸체하우징(10)의 양단과 중공사막(30)의 양단 사이를 밀폐시키도록 채워지는 한 쌍의 포팅부(40)를 포함하도록 구성된다.

이때 몸체하우징(10)의 상단에는 습윤공기유입구(31)와 습윤공기유출구(32)가 각각 형성되고, 한 쌍의 엔드하우징(20)에는 건조공기유입구(21)와 건조공기유출구(22)가 각각 형성되는바, 습윤공기유입구(31)를 통해 몸체하우징(10) 내부로 유입된 습윤공기는 중공사막(30)의 외측면과 접촉한 후 습윤공기유출구(32)를 통해 배출되고, 건조공기유입구(21)를 통해 유입된 건조공기는 중공사막(30)의 내부를 관통한 후 건조공기유출구(22)를 통해 배출된다. 따라서 습윤공기가 중공사막(30)의 외측면에 접촉되고 건조공기가 중공사막(30)의 내측면에 접촉되는 동안 습윤공기의 습기가 건조공기로 전달되는 현상 즉, 건조공기의 습도가 높아지는 현상이 발생하게 된다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 연료전지용 막가습기는, 다수 개의 중공사막 중 습윤공기유입구(31) 및 습윤공기유출구(32)에 근접한 중공사막(30)(본 실시예에서는 상측에 위치하는 중공사막)에만 습윤공기가 접촉되므로, 하측에 위치하는 중공사막(30) 내부를 통과하는 건조공기는 습도가 거의 높아지지 아니한다는 단점이 있다.

물론, 몸체하우징(10)을 크고 길게 제작하면 보다 많은 양의 중공사막(30)이 내장될 수 있으므로 건조공기의 습도를 일정수준 이상으로 높일 수 있지만, 이와 같은 경우 연료전지용 막가습기가 대형화되어 제조원가가 높아질 뿐만 아니라 활용도가 떨어지게 된다는 문제점이 있다.

KR 10-2019-0055635 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 중공사막의 내장량을 높이지 아니하더라도 가습효율을 높일 수 있어 제품의 소형화 및 제조원가 절감이 가능한 연료전지용 막가습기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 길이방향 양단이 개방된 내부공간을 구비하며, 습윤공기 배출구가 형성되는 몸체하우징; 다수 개의 통기공이 형성된 중공관 형상으로 형성되어 다수의 중공사막이 내장되며, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 상기 몸체하우징의 길이방향 양단을 향하도록 상기 몸체하우징의 내부에 설치되며, 외측면이 상기 몸체하우징의 내측면과 이격되는 중공사막 카트리지; 습윤공기 유입구 및 건조공기 배출구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 일단을 덮도록 결합되며, 상기 몸체하우징과 상기 중공사막 카트리지 사이의 공간을 상기 습윤공기 유입구와 연통시키는 습윤공기 유로와, 상기 중공사막의 길이방향 일단을 상기 건조공기 배출구와 연통시키는 건조공기 유로를 구비하는 제1 엔드하우징; 건조공기 유입구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 타단을 덮도록 결합되어, 상기 건조공기 유입구로 유입된 건조공기를 모두 상기 중공사막의 길이방향 타단으로 전달하는 제2 엔드하우징; 상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 일측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 일측 사이를 밀폐시키는 제1 포팅부; 상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 타측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 타측 사이를 밀폐시키는 제2 포팅부;를 포함하여 구성된다.

상기 다수의 중공사막은, 상기 중공사막 카트리지의 내부공간 중 상기 중공사막 카트리지의 내벽을 따라 배열되는 원통형상을 이룬다.

상기 중공사막 카트리지의 외측면 중 상기 제1 엔드하우징과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징의 내측면을 향해 연장되어, 상기 중공사막 카트리지와 상기 몸체하우징 사이의 공간을 격리시키는 제1 격판; 상기 중공사막 카트리지의 외측면 중 상기 제2 엔드하우징과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징의 내측면을 향해 연장되어, 상기 중공사막 카트리지와 상기 몸체하우징 사이의 공간을 격리시키는 제2 격판;을 더 포함하고, 상기 통기공은, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 일단과 상기 제1 격판이 형성된 지점 사이와, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 타단과 상기 제2 격판이 형성된 지점 사이에 형성된다.

상기 몸체하우징과 상기 제1 엔드하우징 사이에 삽입되는 가스켓을 더 포함하되, 상기 가스켓은, 상기 습윤공기 유로와 대응되는 지점에 제1 개구부가 형성되고, 상기 건조공기 유로와 대응되는 지점에 제2 개구부가 형성된다.

상기 제2 엔드하우징의 내부에 설치되어, 상기 건조공기 유입구를 통해 유입된 건조공기를 냉각시키는 쿨러를 더 포함한다.

상기 건조공기 유로는 상기 제1 엔드하우징의 가운데 부위에 형성되고, 상기 습윤공기 유로의 출구는 상기 건조공기 유로의 외측면 일부를 둘러싸는 'U'자형 횡단면을 갖도록 형성된다.

상기 건조공기 유로는 상기 제1 엔드하우징의 가운데 부위에 형성되고, 상기 습윤공기 유로의 출구는 상기 건조공기 유로의 외측면 전체를 둘러싸는 링 형상의 횡단면을 갖도록 형성된다.

상기 중공사막 카트리지는 상기 제1 엔드하우징의 끝단 중 상기 습윤공기 유로를 덮는 플랜지를 구비하되, 상기 플랜지 중 상기 습윤공기 유로와 대응되는 부위에는 다수 개의 관통공이 형성된다.

본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 모든 중공사막에 습윤공기와 건조공기를 고르게 접촉시킬 수 있으므로 중공사막의 내장량을 높이지 아니하더라도 가습효율을 높일 수 있고, 이에 따라 제품의 소형화 및 제조원가 절감이 가능해진다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 연료전지용 막가습기의 분해사시도이다.
도 2는 종래의 연료전지용 막가습기의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도 및 단면사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 중공사막 카트리지와 제1 엔드하우징의 결합구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 가스켓의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 가스켓이 제1 엔드하우징에 결합되는 형상을 도시한다.
도 9는 습윤공기의 유동경로를 도시하는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이다.
도 10은 건조공기의 유동경로를 도시하는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도 및 단면사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 중공사막 카트리지와 제1 엔드하우징의 결합구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.

본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 중공사막(10)의 외측면에 접하는 습윤공기의 습기가 중공사막(10)의 내측면에 접하는 건조공기로 전달되도록 구성되는 중공사막(10) 방식의 가습기로서, 모든 중공사막(10)에 습윤공기와 건조공기가 고르게 접하도록 구성되어 최소한의 중공사막(10)으로 최대한의 가습효율을 얻을 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 길이방향 양단이 개방된 내부공간을 구비하며 측벽에 습윤공기 배출구(110)가 형성되는 몸체하우징(100)과, 다수 개의 통기공(402)이 형성된 중공관 형상으로 형성되어 다수의 중공사막(10)이 내장되어 상기 중공사막(10)의 길이방향 양단이 상기 몸체하우징(100)의 길이방향 양단을 향하도록 상기 몸체하우징(100)의 내부에 설치되는 중공사막 카트리지(400)와, 습윤공기 유입구(210) 및 건조공기 배출구(220)가 형성되어 상기 몸체하우징(100)의 길이방향 일단(본 실시예에서는 좌측단)을 덮도록 결합되는 제1 엔드하우징(200)과, 건조공기 유입구(310)가 형성되어 상기 몸체하우징(100)의 길이방향 타단(본 실시예에서는 우측단)을 덮도록 결합되는 제2 엔드하우징(300)과, 상기 중공사막 카트리지(400) 내측면의 길이방향 일측(본 실시예에서는 좌측)과 상기 중공사막(10) 외측면의 길이방향 일측(본 실시예에서는 좌측) 사이를 밀폐시키는 제1 포팅부(410)와, 상기 중공사막 카트리지(400) 내측면의 길이방향 타측(본 실시예에서는 우측)과 상기 중공사막(10) 외측면의 길이방향 타측(본 실시예에서는 우측) 사이를 밀폐시키는 제2 포팅부(420)를 포함하여 구성된다.

상기 중공사막 카트리지(400)는 외측면이 상기 몸체하우징(100)의 내측면과 이격되고, 상기 제1 엔드하우징(200)은 상기 몸체하우징(100)과 상기 중공사막 카트리지(400) 사이의 공간을 상기 습윤공기 유입구(210)와 연통시키는 습윤공기 유로(212)를 구비하는바, 상기 습윤공기 유입구(210)를 통해 제공된 습윤공기는 습윤공기 유로(212)를 통해 상기 몸체하우징(100)과 상기 중공사막 카트리지(400) 사이의 공간으로 유입되어 중공사막 카트리지(400)의 일측(본 실시예에서는 좌측) 둘레를 감싸도록 분산된 후, 통기공(402)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입되어 다수의 중공사막(10) 외측면에 접촉하게 된다.

또한, 상기 제1 엔드하우징(200)은 상기 중공사막(10)의 길이방향 일단을 상기 건조공기 배출구(220)와 연통시키는 건조공기 유로(222)를 구비하고, 상기 제2 엔드하우징(300)은 상기 건조공기 유입구(310)로 유입된 건조공기를 모두 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타단으로 전달하도록 형성되는바, 상기 건조공기 유입구(310)를 통해 제공된 건조공기는 건조공기 유로(222)를 통해 다수의 중공사막(10) 내부를 통과한 후, 건조공기 유로(222)를 지나 건조공기 배출구(220)로 배출된다. 이와 같은 습윤공기와 건조공기의 유동패턴은 이하 도 9 및 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 습윤공기 유입구(210)를 통해 제공된 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)의 일측 측벽 중 어느 일부를 통과하여 중공사막(10)과 접촉되는 것이 아니라, 중공사막 카트리지(400)의 일측 측벽 전체를 둘러싸도록 분배된 후 중공사막 카트리지(400)의 일측 측벽 사방을 통과하여 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입되는바, 중공사막(10) 전체가 습윤공기와 고르게 접촉하게 되어 가습효율이 매우 높아진다는 장점이 있다.

또한, 중공사막 카트리지(400) 내부에 구비된 다수의 중공사막(10) 중 통기공(402)과 인접한 중공사막(10)은 보다 많은 습기와 접할 수 있으나, 중공사막 카트리지(400)의 내부공간 가운데에 위치한 중공사막(10)은 많은 양의 습기와 접할 수 없게 된다. 따라서 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 한정된 양의 중공사막(10)으로 최대한의 가습효율을 얻을 수 있도록 즉, 모든 중공사막(10)들이 많은 양의 습기와 접할 수 있도록, 상기 중공사막 카트리지(400)의 내부공간 중 상기 중공사막 카트리지(400)의 내벽을 따라 배열되는 형상(가운데 부위가 비어 있는 원통형상)으로 배열될 수 있다.

이와 같이 다수의 중공사막(10)이 원통형상으로 배열되면, 모든 중공사막(10)들이 통기공(402)과 가깝게 위치되므로 많은 양의 습기와 접할 수 있으므로, 적은 양의 중공사막(10)으로 높은 가습효율을 얻을 수 있게 된다는 장점이 있다. 물론, 중공사막 카트리지(400)의 직경이 작아 습윤공기의 습기가 중공사막 카트리지(400)의 중심부까지 원활하게 전달될 수 있다면, 상기 중공사막(10)은 중공사막 카트리지(400)의 내부공간 전체를 채우도록 배열될 수도 있다.

또한, 상기 제2 엔드하우징(300)의 내부에는 상기 건조공기 유입구(310)를 통해 유입된 건조공기를 냉각시키는 쿨러(600)가 구비될 수 있다. 이와 같이 쿨러(600)가 제2 엔드하우징(300)의 내부에 설치되면 건조공기가 냉각되는 즉시 중공사막(10)으로 유입되므로 쿨러(600)의 효율이 높아진다는 장점이 있다. 또한, 쿨러(600)를 막가습기 외부에 설치하는 경우에는 쿨러(600) 장착을 위한 별도의 공간을 확보해야 하지만, 본 실시예에 도시한 바와 같이 쿨러(600)를 제2 엔드하우징(300) 내부에 설치하면 쿨러(600) 장착을 위한 별도의 공간을 확보할 필요가 없으므로 활용성이 우수해진다는 장점이 있다. 이때, 상기 쿨러(600)는 종래의 막가습기에도 유사하게 적용된바 있으므로 상기 쿨러(600)의 냉각원리 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 포함되는 중공사막 카트리지(400)는 제1 엔드하우징(200)에 견고하게 결합될 수 있도록, 상기 제1 엔드하우징(200)의 끝단 중 상기 습윤공기 유로(212)를 덮는 플랜지(450)를 구비함이 바람직하다. 이때 상기 습윤공기 유로(212)의 출구측이 상기 플랜지(450)에 의해 덮여 막히면 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)와 몸체하우징(100) 사이로 유입될 수 없으므로, 상기 플랜지(450) 중 상기 습윤공기 유로(212)와 대응되는 부위에는 다수 개의 관통공(452)이 형성된다.

이와 같이 플랜지(450)에 관통공(452)이 형성되면, 습윤공기 유로(212)를 지난 습윤공기는 상기 관통공(452)을 통해 중공사막 카트리지(400)와 몸체하우징(100) 사이로 유입된 후, 통기공(402)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입될 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 가스켓(500)의 평면도이고, 도 8은 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기에 포함되는 가스켓(500)이 제1 엔드하우징(200)에 결합되는 형상을 도시한다.

제1 엔드하우징(200)에는 습윤공기 유로(212)와 건조공기 유로(222)가 모두 형성되는데, 습윤공기 유로(212)를 지나는 습윤공기가 건조공기 유로(222)로 유출되거나 건조공기 유로(222)를 지나는 건조공기가 습윤공기 유로(212)로 유출되면 가습 효율이 현저히 떨어지게 된다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 습윤공기 유로(212)의 출구단과 건조공기 유로(222)의 출구단을 확실하게 차단할 수 있도록, 상기 몸체하우징(100)과 제1 엔드하우징(200) 사이에 삽입되는 가스켓(500)이 구비될 수 있다. 이때 상기 가스켓(500)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 습윤공기 유로(212)와 대응되는 지점에 제1 개구부(510)가 형성되고, 상기 건조공기 유로(222)와 대응되는 지점에 제2 개구부(520)가 형성되는바, 습윤공기 유로(212)와 건조공기 유로(222)는 가스켓(500)에 의해 완벽하게 차단될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 습윤공기 유입구(210)를 통해 제공된 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측 측벽 전체를 둘러싸는 형태로 분배될 수 있도록, 상기 건조공기 유로(222)는 상기 제1 엔드하우징(200)의 가운데 부위에 형성되고, 상기 습윤공기 유로(212)의 출구는 상기 건조공기 유로(222)의 외측면 일부를 둘러싸는 'U'자형 횡단면을 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이 습윤공기 유로(212)의 출구가 'U'자형 횡단면을 갖도록 형성되면, 습윤공기가 습윤공기 유로(212)를 지나는 동안 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측 측벽 전체를 둘러싸도록 확산된 후(도 6의 실선화살표 참조), 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측 측벽에 형성된 모든 통기공(402)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입될 수 있으므로(도 5의 실선화살표 참조), 모든 중공사막(10)들이 고르게 습기와 접할 수 있게 된다는 장점이 있다.

더 나아가 습윤공기 유로(212)를 지난 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측 측벽 전체를 감쌀 수 있도록, 상기 건조공기 유로(222)는 상기 제1 엔드하우징(200)의 가운데 부위에 형성되고, 상기 습윤공기 유로(212)의 출구는 상기 건조공기 유로(222)의 외측면 전체를 둘러싸는 링 형상의 횡단면을 갖도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 습윤공기 유로(212)의 출구는 습윤공기 유입구(210) 및 건조공기 유입구(310)의 위치, 건조공기 유로(222)의 구조 등 여러가지 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

도 9는 습윤공기의 유동경로를 도시하는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이고, 도 10은 건조공기의 유동경로를 도시하는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 단면사시도이다.

습윤공기와 중공사막(10) 간의 접촉시간을 증대시키기 위해서는, 상기 습윤공기가 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측(본 실시예에서는 좌측) 측벽을 통과하여 유입되어 중공사막(10)의 길이방향을 따라 이동한 후, 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타측(본 실시예에서는 우측) 측벽을 통과하여 인출되어야 한다.

따라서 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 상기 중공사막 카트리지(400)의 외측면 중 상기 제1 엔드하우징(200)과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징(100)의 내측면을 향해 연장되어 상기 중공사막 카트리지(400)와 상기 몸체하우징(100) 사이의 공간을 격리시키는 제1 격판(430)과, 상기 중공사막 카트리지(400)의 외측면 중 상기 제2 엔드하우징(300)과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징(100)의 내측면을 향해 연장되어 상기 중공사막 카트리지(400)와 상기 몸체하우징(100) 사이의 공간을 격리시키는 제2 격판(440)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 통기공(402)은, 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일단과 상기 제1 격판(430)이 형성된 지점 사이와, 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타단과 상기 제2 격판(440)이 형성된 지점 사이에 형성된다.

이와 같이 중공사막 카트리지(400)와 몸체하우징(100) 사이의 공간이 제1 격판(430)과 제2 격판(440)에 의해 격리되도록 구성되면, 도 9에 도시된 바와 같이 습윤공기 유입구(210)를 통해 제공된 습윤공기가 습윤공기 유로(212)를 통해 중공사막 카트리지(400)와 몸체하우징(100) 사이의 공간으로 유입되었을 때, 상기 습윤공기는 제1 격판(430)에 막혀 더 이상 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타측을 향해 이동하지 못하고 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 일측을 둘러싸도록 확산된 후, 통기공(402)을 통해 중공사막 카트리지(400) 내부로 유입된다.

중공사막 카트리지(400) 내부로 유입된 습윤공기는 중공사막(10)의 외측면과 접하면서 중공사막(10)의 길이방향을 따라 유동하다가, 제2 포팅부(420)가 위치된 지점에 이르러서는 더 이상 중공사막(10)의 길이방향으로 유동하지 못하고 상기 중공사막 카트리지(400)의 길이방향 타단과 상기 제2 격판(440)이 형성된 지점 사이에 형성된 통기공(402)을 통해 인출된 후, 몸체하우징(100)의 습윤공기 배출구(110)를 통해 외부로 배출된다.

상기 언급한 바와 같이 습윤공기가 도 9에 도시된 실선화살표를 따라 이동하게 되면, 중공사막(10)과 습윤공기의 접촉면적을 최대로 증대시킬 수 있으므로 가습효율을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 건조공기 유입구(310)를 통해 제공된 건조공기는 도 10에 도시된 바와 같이 쿨러(600)를 지나 중공사막(10) 가트리지의 길이방향 일단으로 유입되어 상기 중공사막(10)의 내부를 통과하면서 습기를 전달 받은 후, 건조공기 유로(222)를 지나 건조공기 배출구(220)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 건조공기의 유동패턴은 종래의 막가습기와 실질적으로 유사하므로, 상기 건조공기의 유동패턴에 대한 상세한 설명은 생략한다.

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.

10 : 중공사막 100 : 몸체하우징
110 : 습윤공기 배출구 200 : 제1 엔드하우징
210 : 습윤공기 유입구 212 : 습윤공기 유로
220 : 건조공기 배출구 222 : 건조공기 유로
300 : 제2 엔드하우징 310 : 건조공기 유입구
400 : 중공사막 카트리지 402 : 통기공
410 : 제1 포팅부 420 : 제2 포팅부
430 : 제1 격판 440 : 제2 격판
450 : 플랜지 452 : 관통공
500 : 가스켓 510 : 제1 개구부
520 : 제2 개구부 600 : 쿨러

Claims (8)

1. 길이방향 양단이 개방된 내부공간을 구비하며, 습윤공기 배출구가 형성되는 몸체하우징;
   다수 개의 통기공이 형성된 중공관 형상으로 형성되어 다수의 중공사막이 내장되며, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 상기 몸체하우징의 길이방향 양단을 향하도록 상기 몸체하우징의 내부에 설치되며, 외측면이 상기 몸체하우징의 내측면과 이격되는 중공사막 카트리지;
   습윤공기 유입구 및 건조공기 배출구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 일단을 덮도록 결합되며, 상기 몸체하우징과 상기 중공사막 카트리지 사이의 공간을 상기 습윤공기 유입구와 연통시키는 습윤공기 유로와, 상기 중공사막의 길이방향 일단을 상기 건조공기 배출구와 연통시키는 건조공기 유로를 구비하는 제1 엔드하우징;
   건조공기 유입구가 형성되어 상기 몸체하우징의 길이방향 타단을 덮도록 결합되어, 상기 건조공기 유입구로 유입된 건조공기를 모두 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 타단으로 전달하는 제2 엔드하우징;
   상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 일측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 일측 사이를 밀폐시키는 제1 포팅부;
   상기 중공사막 카트리지 내측면의 길이방향 타측과 상기 중공사막 외측면의 길이방향 타측 사이를 밀폐시키는 제2 포팅부;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 다수의 중공사막은, 상기 중공사막 카트리지의 내부공간 중 상기 중공사막 카트리지의 내벽을 따라 배열되는 원통형상을 이루는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공사막 카트리지의 외측면 중 상기 제1 엔드하우징과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징의 내측면을 향해 연장되어, 상기 중공사막 카트리지와 상기 몸체하우징 사이의 공간을 격리시키는 제1 격판;
   상기 중공사막 카트리지의 외측면 중 상기 제2 엔드하우징과 인접한 지점으로부터 상기 몸체하우징의 내측면을 향해 연장되어, 상기 중공사막 카트리지와 상기 몸체하우징 사이의 공간을 격리시키는 제2 격판;
   을 더 포함하고,
   상기 통기공은, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 일단과 상기 제1 격판이 형성된 지점 사이와, 상기 중공사막 카트리지의 길이방향 타단과 상기 제2 격판이 형성된 지점 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체하우징과 상기 제1 엔드하우징 사이에 삽입되는 가스켓을 더 포함하되,
   상기 가스켓은, 상기 습윤공기 유로와 대응되는 지점에 제1 개구부가 형성되고, 상기 건조공기 유로와 대응되는 지점에 제2 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 엔드하우징의 내부에 설치되어, 상기 건조공기 유입구를 통해 유입된 건조공기를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 건조공기 유로는 상기 제1 엔드하우징의 가운데 부위에 형성되고,
   상기 습윤공기 유로의 출구는 상기 건조공기 유로의 외측면 일부를 둘러싸는 'U'자형 횡단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 건조공기 유로는 상기 제1 엔드하우징의 가운데 부위에 형성되고,
   상기 습윤공기 유로의 출구는 상기 건조공기 유로의 외측면 전체를 둘러싸는 링 형상의 횡단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공사막 카트리지는 상기 제1 엔드하우징의 끝단 중 상기 습윤공기 유로를 덮는 플랜지를 구비하되,
   상기 플랜지 중 상기 습윤공기 유로와 대응되는 부위에는 다수 개의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
   
   

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