KR20220060460A - 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기의 카트리지(Cartridge)로, 말단에 개구(Opening)를 가지며 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case); 및 상기 이너 케이스에 형성된 제1 기체 유입구와 제1 기체 유출구;를 포함하는 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연료전지에 가습된 기체를 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 가습 모듈(110) 및 상기 가습 모듈(110)의 양 단에 결합된 캡들(120)을 포함한다.
상기 캡들(120) 중 하나는 외부로부터 공급되는 공기를 상기 가습 모듈(110)로 전달하고, 다른 하나는 상기 가습 모듈(110)에 의해 가습된 공기를 연료전지 스택으로 전달한다.
상기 가습 모듈(110)은, 배가스 습윤 기체 유입구(off-gas inlet)(111a)와 배가스 습윤 기체 유출구(off-gas outlet)(111b)를 갖는 미드-케이스(mid-case)(111) 및 상기 미드-케이스(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. 상기 중공사막들(112)의 말단들이 포팅되어 있는 고정층(113) 및 상기 고정층(113)과 상기 미드-케이스(111) 사이의 수지층(114)이 상기 캡들(120)의 내부 공간들을 상기 미드-케이스(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.
외부로부터 공급되는 공기는 상기 중공사막들(112)의 중공을 따라 흐른다. 상기 배가스 습윤 기체 유입구(111a)를 통해 상기 미드-케이스(111) 내로 유입된 배가스는 상기 중공사막들(112)의 외표면과 접촉한 후 상기 배가스 습윤 기체 유출구(111b)를 통해 상기 미드-케이스(111)로부터 유출된다. 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.
최근에는 연료전지가 다양한 사용처에 이용됨에 따라, 연료전지용 가습기 또한 다양한 가습성능을 갖출 것이 요구되고 있다. 따라서, 연료전지가 필요로 하는 다양한 가습성능을 갖출 수 있는 연료전기용 가습기의 개발이 절실히 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 연료전지가 필요로 하는 다양한 가습성능을 갖출 수 있는 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기는 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈; 상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡; 및 상기 가습 모듈의 타단에 결합된 제2 캡을 포함할 수 있다. 상기 가습 모듈은 양 말단들이 개방되어 있는 미드-케이스; 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지(Cartridge);를 포함할 수 있다. 상기 카트리지는 말단에 개구(Opening)를 가지며 상기 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case)를 포함할 수 있다. 상기 이너 케이스는 기체의 유입을 위한 제1 기체 유입구, 및 기체의 유출을 위한 제1 기체 유출구를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제1 기체 유입구의 면적과 상기 제1 기체 유출구의 면적은 서로 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 이너 케이스는 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재의 사이에 배치된 연결부재를 포함할 수 있다. 상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합될 수 있다. 상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지는 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기의 카트리지(Cartridge)로, 말단에 개구(Opening)를 가지며 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case); 및 상기 이너 케이스에 형성된 제1 기체 유입구와 제1 기체 유출구;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 있어서, 상기 제1 기체 유입구의 면적과 상기 제1 기체 유출구의 면적은 서로 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 있어서, 상기 이너 케이스는 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재 각각에 결합된 연결부재를 포함할 수 있다. 상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합될 수 있다. 상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 기체가 이너 케이스의 내부에 체류하는 체류시간에 따라 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 사용처에 이용되는 연료전지에 적용할 수 있는 범용성을 향상시킬 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 5 및 도 6을 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 대한 개략적인 평면도
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지를 도 5의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 개략적인 측단면도
도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 대한 실시예들을 설명하기 위한 개략적인 평면도
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 5 및 도 6을 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 대한 개략적인 평면도
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지를 도 5의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 개략적인 측단면도
도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지에 대한 실시예들을 설명하기 위한 개략적인 평면도
이하에서는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 포함될 수 있으므로, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기를 설명하면서 함께 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 연료전지 스택(미도시)으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 것이다. 건조 기체는 연료가스 또는 공기일 수 있다. 건조 기체는 습윤 기체에 의해 가습된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체의 가습을 위한 가습 모듈(2), 상기 가습 모듈(2)의 일단에 결합된 제1 캡(3), 및 상기 가습 모듈(2)의 타단에 결합된 제2 캡(4)을 포함한다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 상기 가습 모듈(2)은 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하는 것이다. 상기 가습 모듈(2)의 일단에는 상기 제1 캡(3)이 결합될 수 있다. 상기 가습 모듈(2)의 타단에는 상기 제2 캡(4)이 결합될 수 있다. 상기 제1 캡(3)은 건조 기체를 상기 가습 모듈(2)로 전달할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 캡(4)은 상기 가습 모듈(2)에서 습윤 기체에 의해 가습된 건조 기체를 상기 연료전지 스택으로 전달할 수 있다. 상기 제1 캡(3)은 습윤 기체를 상기 가습 모듈(2)로 전달할 수도 있다. 이 경우, 상기 제2 캡(4)은 상기 가습 모듈(2)에서 건조 기체를 가습한 이후의 습윤 기체를 외부로 배출할 수 있다.
상기 가습 모듈(2)은 적어도 하나의 카트리지(Cartridge)(21), 및 미드-케이스(22)를 포함한다.
상기 카트리지(21)는 상기 미드-케이스(22) 내에 배치되며, 다수의 중공사막(211)들을 포함한다. 상기 중공사막(211)들은 상기 카트리지(21)에 결합되어서 모듈화될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)를 상기 미드-케이스(22)에 결합하는 공정을 통해, 상기 중공사막(211)들은 상기 미드-케이스(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 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 카트리지로 구현될 수 있다.
상기 카트리지(21)는 이너 케이스(212)를 포함할 수 있다.
상기 이너 케이스(212)는 말단에 개구(Opening)를 가지며, 상기 다수의 중공사막(211)들이 들어있는 것이다. 상기 중공사막(211)들은 상기 이너 케이스(212)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 고정층(213, 214)을 포함할 수 있다.
상기 고정층(213, 214)은 상기 다수의 중공사막(211)들의 말단부들이 포팅되어 있으며, 상기 이너 케이스(212)의 개구를 폐쇄시키는 것이다. 상기 다수의 중공사막(211)들의 일측이 상기 고정층(213)에 의해 고정되고, 상기 다수의 중공사막(211)들의 타측이 상기 고정층(214)에 의해 고정될 수 있다. 상기 고정층(213, 214)은 캐스팅 공정을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 고정층(213, 214)은 상기 다수의 중공사막(211)들의 말단부들과 상기 이너 케이스(212)를 고정시킬 수도 있다.
상기 고정층(213, 214)은 상기 다수의 중공사막(211)들의 중공을 막지 않도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 공급된 건조 기체 또는 습윤 기체는 상기 고정층(213, 214)에 방해됨이 없이 상기 중공사막(211)들의 중공으로 공급될 수 있고, 상기 고정층(213, 214)에 방해됨이 없이 상기 중공사막(211)들의 중공으로부터 유출될 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제1 기체 유입구(215), 및 제1 기체 유출구(216)를 포함할 수 있다.
상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)에 형성된 것이다. 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)의 내부로 습윤 기체 또는 건조 기체를 유입시킬 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)에 형성된 것이다. 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 습윤 기체 또는 건조 기체를 유출시킬 수 있다. 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 미드-케이스(22)는 상기 카트리지(21)가 결합된 것이다. 상기 카트리지(21)는 상기 미드-케이스(22)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 미드-케이스(22)는 양 말단들이 개방되어 있다. 이 경우, 상기 미드-케이스(22)에는 수용공(221)이 형성될 수 있다. 상기 수용공(221)은 상기 미드-케이스(22)를 제1 축 방향(X축 방향)으로 관통하도록 형성될 수 있다.
상기 미드-케이스(22)의 일측에는 제2 기체 유입구(222) 및 제2 기체 유출구(223)가 형성될 수 있다.
상기 제2 기체 유입구(222)는 상기 미드-케이스(22)의 내부로 습윤 기체 또는 건조 기체를 유입시킬 수 있다. 상기 제2 기체 유출구(223)는 상기 미드-케이스(22)의 내부로부터 습윤 기체 또는 건조 기체를 유출시킬 수 있다. 상기 제2 기체 유입구(222)와 상기 제2 기체 유출구(223)는 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 따라 서로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 상기 제2 기체 유입구(222), 상기 제2 기체 유출구(223), 및 상기 미드-케이스(22)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제2 기체 유입구(222)와 상기 제2 기체 유출구(223)를 통해 습윤 기체가 유동하는 경우, 습윤 기체는 상기 제2 기체 유입구(222)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 이너 케이스(212)의 외면 사이로 공급되고, 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 공급되어서 상기 중공사막(211)들의 외표면에 접촉할 수 있다. 이 과정에서 습윤 기체에 함유되어 있던 수분이 상기 중공사막(211)들을 투과함으로써, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 건조 기체를 가습할 수 있다. 가습된 건조 기체는 상기 중공사막(211)들로부터 유출된 후에 상기 제2 캡(4)을 통해 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 건조 기체를 가습한 이후의 습윤 기체는, 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 외면과 상기 미드-케이스(22)의 내면 사이로 유출되고, 상기 제2 기체 유출구(223)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 외부로 유출될 수 있다. 상기 제2 기체 유입구(222)는 상기 연료전지 스택에 연결되어서 습윤 기체를 공급받을 수 있다. 이 경우, 습윤 기체는 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(Off-gas)일 수 있다.
상기 제2 기체 유입구(222)와 상기 제2 기체 유출구(223)를 통해 건조 기체가 유동하는 경우, 건조 기체는 상기 제2 기체 유입구(222)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 이너 케이스(212)의 외면 사이로 공급되고, 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 공급되어서 상기 중공사막(211)들의 외표면에 접촉할 수 있다. 이 과정에서 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 습윤 기체의 수분이 상기 중공사막(211)들을 투과함으로써, 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입된 건조 기체를 가습할 수 있다. 가습된 건조 기체는, 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 외면과 상기 미드-케이스(22)의 내면 사이로 유출되고, 상기 제2 기체 유출구(223)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 외부로 유출된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 건조 기체를 가습한 이후의 습윤 기체는, 상기 중공사막(211)들로부터 유출된 후에 상기 제2 캡(4)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 제1 캡(3)은 상기 연료전지 스택에 연결되어서 습윤 기체를 공급받을 수 있다. 이 경우, 습윤 기체는 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(Off-gas)일 수 있다.
상기 가습 모듈(2)은 복수개의 패킹부재들(23, 23')을 포함할 수 있다.
상기 패킹부재들(23, 23')은 건조 기체와 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하도록 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이를 밀폐시키는 것이다. 상기 패킹부재들(23, 23')은 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(21)는 상기 패킹부재들(23, 23')에 형성된 제1통과공(23a, 23a')에 삽입될 수 있다. 상기 패킹부재들(23, 23')은 각각 상기 카트리지(21)의 양측에 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 패킹부재들(23, 23')을 대신하여 상기 카트리지(21)의 양측에는 수지층들이 형성될 수도 있다. 상기 수지층들은 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 제1 캡(3)은 상기 가습 모듈(2)의 일단에 결합된 것이다. 상기 제1 캡(3)과 상기 카트리지(21) 사이의 공간은, 상기 패킹부재(23) 또는 수지층에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 제2 캡(4)은 상기 가습 모듈(2)의 타단에 결합된 것이다. 상기 제2 캡(4)은 상기 제1 캡(3)으로부터 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 따라 이격된 위치에서 상기 가습 모듈(2)의 타단에 결합될 수 있다. 상기 제2 캡(4)과 상기 카트리지(21) 사이의 공간은, 상기 패킹부재(23') 또는 수지층에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 카트리지(21)를 통해 다양한 가습성능을 갖출 수 있도록 다음과 같이 구현될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 카트리지(21)에 있어서 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216)는 다음과 같이 구현될 수 있다.
상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)에 형성될 수 있다. 도 7을 기준으로 할 때, 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)은 상면(上面)에 해당할 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)의 내부로 습윤 기체 또는 건조 기체를 유입시킬 수 있다. 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하는 하나의 관통공으로 구현될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하는 복수개의 관통공으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 이너 케이스(212)의 서로 다른 부분을 관통하도록 형성된 복수개의 윈도우(215a)를 포함할 수 있다. 상기 윈도우(215a)들은 상기 제1 축 방향(X축 방향)과 제2 축 방향(Y축 방향) 각각을 따라 서로 이격되어서 행렬 형태를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 제2 축 방향(Y축 방향)은 상기 제1 축 방향(X축 방향)에 대해 수직한 축 방향이다.
상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)에 형성될 수 있다. 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 습윤 기체 또는 건조 기체를 유출시킬 수 있다. 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하는 하나의 관통공으로 구현될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)를 관통하는 복수개의 관통공으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 이너 케이스(212)의 서로 다른 부분을 관통하도록 형성된 복수개의 윈도우(216a)를 포함할 수 있다. 상기 윈도우(216a)들은 상기 제1 축 방향(X축 방향)과 상기 제2 축 방향(Y축 방향) 각각을 따라 서로 이격되어서 행렬 형태를 이루도록 배치될 수 있다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)가 습윤 기체 또는 건조 기체를 통과시키기 위한 면적(이하, '유입면적'이라 함) 및 상기 제1 기체 유출구(216)가 습윤 기체 또는 건조 기체를 통과시키기 위한 면적(이하, '유출면적'이라 함)이 서로 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 기체 유입구(215)의 면적과 상기 제1 기체 유출구(216)의 면적은 서로 상이하다.
예컨대, 도 7과 도 9에 도시된 바와 같이 상기 유입면적이 상기 유출면적에 비해 더 크면, 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 단위시간당 유입유량에 비해 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 단위시간당 유출유량이 더 적게 구현될 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 증가하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 높아질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 요구하는 가습성능이 높은 사용처에 이용되는 연료전지에 적합하게 구현될 수 있다.
예컨대, 도 8과 도 10에 도시된 바와 같이 상기 유입면적이 상기 유출면적에 비해 더 작으면, 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 단위시간당 유입유량에 비해 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 단위시간당 유출유량이 더 많게 구현될 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 감소하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 사용처에서 요구하는 가습성능에 적합하게 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 사용처에서 이용되는 연료전지에 적합한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다.
이와 같이, 상기 카트리지(21)는 상기 유입면적과 상기 유출면적 간의 차이를 이용하여 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간에 따른 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가습기(1)는 다양한 사용처에 이용되는 연료전지에 적용할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가습기(1)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이가 상기 패킹부재들(23, 23')에 의해 밀폐됨에 따라 상기 카트리지(21)의 교체가 용이하게 구현되므로, 상기 카트리지(21)의 교체를 통해 상기 연료전지가 필요로 하는 가습성능에 대한 대응력을 향상시킬 수 있다.
상기 유입면적은, 상기 제1 축 방향(X축 방향)과 상기 제2 축 방향(Y축 방향)이 배치된 평면을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유입구(215)의 단면적에 해당할 수 있다. 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)가 하나의 관통공으로 구현된 경우, 해당 관통공의 단면적이 상기 유입면적에 해당할 수 있다. 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)가 상기 윈도우(215a)들을 포함하도록 구현된 경우, 상기 윈도우(215a)들 각각의 단면적을 모두 합한 값이 상기 유입면적에 해당할 수 있다.
상기 유출면적은, 상기 제1 축 방향(X축 방향)과 상기 제2 축 방향(Y축 방향)이 배치된 평면을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유출구(216)의 단면적에 해당할 수 있다. 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유출구(216)가 하나의 관통공으로 구현된 경우, 해당 관통공의 단면적이 상기 유출면적에 해당할 수 있다. 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유출구(216)가 상기 윈도우(216a)들을 포함하도록 구현된 경우, 상기 윈도우(216a)들 각각의 단면적을 모두 합한 값이 상기 유출면적에 해당할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)의 개수와 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)의 개수는 서로 상이하게 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)는 상기 유입면적과 상기 유출면적이 서로 상이하게 구현됨으로써, 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간에 따라 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다.
예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)의 개수가 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)의 개수에 비해 더 많은 경우, 상기 유입면적이 상기 유출면적에 비해 더 크게 구현될 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 증가하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 높아질 수 있다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)의 개수가 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)에 비해 더 많은 경우, 상기 유출면적이 상기 유입면적에 비해 더 크게 구현될 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 감소하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 사용처에서 요구하는 가습성능에 적합하게 조절될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)들 각각의 면적은 서로 동일하게 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)의 개수를 이용하여 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)들 각각의 면적은 서로 동일하게 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)의 개수를 이용하여 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다.
한편, 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)들 각각의 면적 및 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)들 각각의 면적은 서로 동일하게 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)의 개수와 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)의 개수 간의 차이를 이용하여 더 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)와 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)를 가공하기 위한 툴(Tool)을 공용으로 사용할 수 있으므로, 상기 제1 기체 유입구(215)가 갖는 윈도우(215a)와 상기 제1 기체 유출구(216)가 갖는 윈도우(216a)들이 형성된 이너 케이스(212)를 제조하는 공정의 용이성 향상과 공정비용 절감을 도모할 수 있다.
여기서, 상기 제1 기체 유입구(215)의 면적을 N(N은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구(216)의 면적은 0.5N 이상 1N 미만이거나 1N 초과 2N 이하일 수 있다. 즉, 상기 유출면적은 상기 유입면적의 0.5배 이상 1배 미만이거나 상기 유입면적의 1배 초과 2배 이하일 수 있다. 상기 유입면적은 상기 제1축 방향(X축 방향)을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유입구(215)의 길이(215L, 도 6에 도시됨)에 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유입구(215)의 폭(215H, 도 6에 도시됨)을 승산(乘算)하여 도출될 수 있다. 상기 유출면적은 상기 제1축 방향(X축 방향)을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유출구(216)의 길이(216L, 도 6에 도시됨)에 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하는 상기 제1 기체 유출구(216)의 폭(216H, 도 6에 도시됨)을 승산하여 도출될 수 있다.
상기 유입면적이 상기 유출면적 보다 더 큰 경우, 상기 유출면적은 상기 유입면적의 0.5배 이상 1배 미만일 수 있다. 상기 유출면적이 상기 유입면적의 0.5배 미만인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 현저하게 감소됨에 따라 상기 이너 케이스(212)의 내부 압력이 과다하게 증가할 수 있다. 이와 달리, 실시예는 상기 유출면적이 상기 유입면적의 0.5배 이상으로 구현됨으로써, 상기 이너 케이스(212)의 내부 압력이 적당하게 조절되도록 구현될 수 있다.
상기 유출면적이 상기 유입면적 보다 더 큰 경우, 상기 유출면적은 상기 유입면적의 1배 초과 2배 이하일 수 있다. 상기 유출면적이 상기 유입면적의 2배 초과인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 과다하게 증가됨에 따라 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 현저하게 감소될 수 있다. 이와 달리, 실시예는 상기 유출면적이 상기 유입면적의 2배 이하로 구현됨으로써, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 적당하게 조절되도록 구현될 수 있다.
여기서, 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)의 면적을 M(M은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유입구(215)의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하일 수 있다. 즉, 상기 유입면적은 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)의 면적(이하, '일측면적'이라 함)의 0.05배 이상 0.18배 이하일 수 있다. 상기 일측면적은 도 7을 기준으로 할 때 상기 이너 케이스(212)의 상면의 면적에 해당할 수 있다. 예컨대, 상기 일측면적은 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하는 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)의 길이(2120L, 도 6에 도시됨)에 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하는 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)의 폭(2120H, 도 6에 도시됨)을 승산하여 도출될 수 있다.
상기 유입면적이 상기 일측면적의 0.05배 미만인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 현저하게 감소됨에 따라 가습성능이 현저하게 저하될 수 있다. 상기 유입면적이 상기 일측면적의 0.18배 초과인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 과다하게 증가됨에 따라 상기 이너 케이스(212)의 내부 압력이 과다하게 증가할 수 있다. 이와 달리, 실시예는 상기 유입면적이 상기 일측면적의 0.05배 이상 0.18배 이하로 구현됨으로써, 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 적당하게 조절되도록 구현될 수 있다. 상기 유입면적과 상기 일측면적 간의 관계를 면적의 비로 표시하면, 상기 유입면적:상기 일측면적 = 1:20 내지 9:50일 수 있다.
여기서, 상기 이너 케이스(212)의 일측(2120)의 면적을 M이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구(216)의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하일 수 있다. 즉, 상기 유출면적은 상기 일측면적의 0.05배 이상 0.18배 이하일 수 있다.
상기 유출면적이 상기 일측면적의 0.05배 미만인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 현저하게 감소됨에 따라 상기 이너 케이스(212)의 내부 압력이 과다하게 증가할 수 있다. 상기 유출면적이 상기 일측면적의 0.18배 초과인 비교예의 경우, 상기 이너 케이스(212)로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 과다하게 증가됨에 따라 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 현저하게 감소될 수 있다. 이와 달리, 실시예는 상기 유출면적이 상기 일측면적의 0.05배 이상 0.18배 이하로 구현됨으로써, 상기 이너 케이스(212)로부터 유출되는 습윤 기체 또는 건조 기체의 유량이 적당하게 조절되도록 구현될 수 있다. 상기 유출면적과 상기 일측면적 간의 관계를 면적의 비로 표시하면, 상기 유출면적:상기 일측면적 = 1:20 내지 9:50일 수 있다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리에 따라 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다.
예컨대, 도 5와 도 6에 도시된 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 기준거리(CD)로 정의할 때, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(LD)가 상기 기준거리(CD)에 비해 더 길게 구현되면, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입된 후에 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 유출될 때까지 이동하여야 하는 이동거리가 증가할 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 증가하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 높아질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 요구하는 가습성능이 높은 사용처에 이용되는 연료전지에 적합하게 구현될 수 있다.
예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(SD)가 상기 기준거리(CD)에 비해 더 짧게 구현되면, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 제1 기체 유입구(215)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로 유입된 후에 상기 제1 기체 유출구(216)를 통해 상기 이너 케이스(212)의 내부로부터 유출될 때까지 이동하여야 하는 이동거리가 감소할 수 있다. 이에 따라, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에 체류하는 체류시간이 감소하므로, 상기 카트리지(21)의 가습성능이 사용처에서 요구하는 가습성능에 적합하게 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 사용처에서 이용되는 연료전지에 적합한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다.
이와 같이, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 이용하여 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간에 따른 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가습기(1)는 다양한 사용처에 이용되는 연료전지에 적용할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가습기(1)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이가 상기 패킹부재들(23, 23')에 의해 밀폐됨에 따라 상기 카트리지(21)의 교체가 용이하게 구현되므로, 상기 카트리지(21)의 교체를 통해 상기 연료전지가 필요로 하는 가습성능에 대한 대응력을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리는, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하는 것이다. 이 경우, 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리는, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 기체 유입구(215)의 중간지점 및 상기 제1 기체 유출구(216)의 중간지점이 서로 이격된 거리에 해당할 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)의 중간지점은, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 기체 유입구(215)의 양단으로부터 동일한 거리로 이격된 지점을 의미할 수 있다. 상기 제1 기체 유출구(216)의 중간지점은, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 기체 유출구(216)의 양단으로부터 동일한 거리로 이격된 지점을 의미할 수 있다.
여기서, 상기 이너 케이스(212)는 상기 제1 기체 유입구(215)가 형성된 유입부재(212a), 상기 제1 기체 유출구(216)가 형성된 유출부재(212b), 및 상기 유입부재(212a)와 상기 유출부재(212b)를 연결하는 연결부재(212c)를 포함할 수 있다. 상기 연결부재(212c)는 일단이 상기 유입부재(212a)의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재(212b)의 일단에 결합될 수 있다. 이 경우, 도 11 및 도 12를 기준으로 하여 상기 유입부재(212a)의 일단이 우측단이고, 상기 유입부재(212a)의 타단이 좌측단일 수 있다. 상기 유출부재(212b)의 일단이 좌측단이고, 상기 유출부재(212b)의 타단이 우측단일 수 있다. 상기 유입부재(212a), 상기 유출부재(212b), 및 상기 연결부재(212c)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여, 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 양단 중에서 어느 한 쪽으로 치우친 위치에 배치될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 늘릴 수 있으므로, 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 증대시킬 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 줄일 수 있으므로, 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 감소시킬 수 있다.
상기 제1 기체 유입구(215)가 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 길어짐과 아울러 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리가 짧아질수록, 상기 카트리지(21)는 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 증대시킬 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)가 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 짧아짐과 아울러 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리가 길어질수록, 상기 카트리지(21)는 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 감소시킬 수 있다.
상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 양단 중에서 어느 한 쪽으로 치우친 위치에 배치될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 늘릴 수 있으므로, 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 증대시킬 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리를 줄일 수 있으므로, 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 감소시킬 수 있다.
상기 제1 기체 유출구(216)가 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 길어짐과 아울러 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리가 짧아질수록, 상기 카트리지(21)는 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 증대시킬 수 있다. 상기 제1 기체 유출구(216)가 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 짧아짐과 아울러 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리가 길어질수록, 상기 카트리지(21)는 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(LD)가 상기 기준거리(CD)에 비해 더 길게 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)에 있어서, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제1 기체 유입구(215)는 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 기체 유출구(216)는 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(SD)가 상기 기준거리(CD)에 비해 더 짧게 구현될 수 있다.
여기서, 상기 제1 기체 유입구(215)가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 제1 이격거리(215D, 도 11에 도시됨)를 L(L은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구(216)가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 제2 이격거리(216D, 도 11에 도시됨)는 2.33L 초과 19L 이하일 수 있다. 즉, 상기 제2 이격거리(216D)는 상기 제1 이격거리(215D)의 2.33배 초과 19배 이하일 수 있다.
상기 제2 이격거리(216D)가 상기 제1 이격거리(215D)의 2.33L 이하인 비교예의 경우, 상기 제1 기체 유출구(216)와 상기 제1 기체 유입구(215) 간의 거리가 현저하게 짧아짐에 따라 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 현저하게 감소될 수 있다. 상기 제2 이격거리(216D)가 상기 제1 이격거리(215D)의 19배 초과인 비교예의 경우, 상기 제1 기체 유출구(216)와 상기 제1 기체 유입구(215) 간의 거리가 과다하게 길어짐에 따라 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 과다하게 증가될 수 있다. 이와 달리, 실시예는 상기 제2 이격거리(216D)가 제1 이격거리(215D)의 2.33배 초과 19배 이하로 구현됨으로써, 습윤 기체 또는 건조 기체가 상기 이너 케이스(212)의 내부에서 체류하는 체류시간이 적당하게 조절되도록 구현될 수 있다. 상기 제1 이격거리와 상기 제2 이격거리 간의 관계를 거리의 비로 표시하면, 상기 제1 이격거리(215D):상기 제2 이격거리(216D) = 1:19 내지 3:7일 수 있다.
도 13 및 도 14를 참고하면, 상기 카트리지(21)는 상기 유입면적과 상기 유출면적 간의 차이 및 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리 모두를 이용하여 다양한 가습성능을 갖추도록 구현될 수도 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지(21)는 상기 유입면적이 상기 유출면적에 비해 더 크게 구현됨과 아울러 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216)가 기준거리(CD, 도 5와 도 6에 도시됨)에 비해 더 긴 이격거리(LD1)로 이격되도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 가습기(1)는 상기 유입면적과 상기 유출면적의 차이만큼 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 늘릴 수 있는 것에 추가적으로 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(LD1)를 늘린 만큼 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 늘릴 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가습기(1)는 더 높은 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(LD1)를 늘리는 것은, 상기 제1 기체 유출구(216)가 상기 유출부재(212b)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재(212b)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치됨으로써 구현될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지(21)는 상기 유출면적이 상기 유입면적에 비해 더 크게 구현됨과 아울러 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216)가 기준거리(CD, 도 5와 도 6에 도시됨)에 비해 더 짧은 이격거리(SD1)로 이격되도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 가습기(1)는 상기 유입면적과 상기 유출면적의 차이만큼 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 줄일 수 있는 것에 추가적으로 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(SD1)를 줄인 만큼 습윤 기체 또는 건조 기체의 체류시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가습기(1)는 사용처에서 이용되는 연료전지에 적합한 가습성능을 갖추도록 구현될 수 있다. 상기 제1 기체 유입구(215)와 상기 제1 기체 유출구(216) 간의 이격거리(SD1)를 줄이는 것은, 상기 제1 기체 유입구(215)가 상기 유입부재(212a)의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재(212a)의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치됨으로써 구현될 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 : 가습 모듈
3 : 제1 캡 4 : 제2 캡
21 : 카트리지 211 : 중공사막
212 : 이너 케이스 2120 : 이너 케이스의 일측
212a : 유입부재 212b : 유출부재
212c : 연결부재 213, 214 : 고정층
215 : 제1 기체 유입구 215a : 윈도우
216 : 제1 기체 유출구 216a : 윈도우
22 : 미드-케이스 221 : 수용공
222 : 제2 기체 유입구 223 : 제2 기체 유출구
23, 23' : 패킹부재 23a, 23a' : 통과공
3 : 제1 캡 4 : 제2 캡
21 : 카트리지 211 : 중공사막
212 : 이너 케이스 2120 : 이너 케이스의 일측
212a : 유입부재 212b : 유출부재
212c : 연결부재 213, 214 : 고정층
215 : 제1 기체 유입구 215a : 윈도우
216 : 제1 기체 유출구 216a : 윈도우
22 : 미드-케이스 221 : 수용공
222 : 제2 기체 유입구 223 : 제2 기체 유출구
23, 23' : 패킹부재 23a, 23a' : 통과공
Claims (21)
- 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈;
상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡; 및
상기 가습 모듈의 타단에 결합된 제2 캡을 포함하고,
상기 가습 모듈은,
양 말단들이 개방되어 있는 미드-케이스; 및
상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지(Cartridge);를 포함하고,
상기 카트리지는 말단에 개구(Opening)를 가지며 상기 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case)를 포함하고,
상기 이너 케이스는 기체의 유입을 위한 제1 기체 유입구, 및 기체의 유출을 위한 제1 기체 유출구를 포함하며,
상기 제1 기체 유입구의 면적과 상기 제1 기체 유출구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 각각 상기 이너 케이스를 관통하여 형성된 복수개의 윈도우를 포함하고,
상기 제1 기체 유입구가 갖는 윈도우의 개수는 상기 제1 기체 유출구가 갖는 윈도우의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 각각 상기 이너 케이스를 관통하여 형성된 복수개의 윈도우를 포함하고,
상기 제1 기체 유출구가 갖는 윈도우의 개수는 상기 제1 기체 유입구가 갖는 윈도우의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구가 갖는 복수개의 윈도우 각각의 면적은 서로 동일하고,
상기 제1 기체 유출구가 갖는 복수개의 윈도우 각각의 면적은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구의 면적을 N(N은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구의 면적은 0.5N 이상 1N 미만이거나 1N 초과 2N 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 상기 이너 케이스의 일측에 형성되어 있고,
상기 이너 케이스의 일측의 면적을 M(M은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유입구의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 상기 이너 케이스의 일측에 형성되어 있고,
상기 이너 케이스의 일측의 면적을 M(M은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제1항에 있어서,
상기 이너 케이스는 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재의 사이에 배치된 연결부재를 포함하고,
상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합되며,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈;
상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡; 및
상기 가습 모듈의 타단에 결합된 제2 캡을 포함하고,
상기 가습 모듈은,
양 말단들이 개방되어 있는 미드-케이스; 및
상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지(Cartridge);를 포함하고,
상기 카트리지는 말단에 개구(Opening)를 가지며 상기 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case)를 포함하고,
상기 이너 케이스는 기체의 유입을 위한 제1 기체 유입구, 기체의 유출을 위한 제1 기체 유출구, 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재의 사이에 배치된 연결부재를 포함하며,
상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합되며,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 제1 이격거리를 L(L은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 제2 이격거리는 2.33L 초과 19L 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기. - 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기의 카트리지(Cartridge)로,
말단에 개구(Opening)를 가지며 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case); 및
상기 이너 케이스에 형성된 제1 기체 유입구와 제1 기체 유출구;를 포함하고,
상기 제1 기체 유입구의 면적과 상기 제1 기체 유출구의 면적은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제13항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구의 면적을 N(N은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구의 면적은 0.5N 이상 1N 미만이거나 1N 초과 2N 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 상기 이너 케이스의 일측에 형성되어 있고,
상기 이너 케이스의 일측의 면적을 M(M은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유입구의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구와 상기 제1 기체 유출구는 상기 이너 케이스의 일측에 형성되어 있고,
상기 이너 케이스의 일측의 면적을 M(M은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구의 면적은 0.05M 이상 0.18M 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제13항에 있어서,
상기 이너 케이스는 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재 각각에 결합된 연결부재를 포함하고,
상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합되며,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기의 카트리지(Cartridge)로,
말단에 개구(Opening)를 가지며 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(Inner Case); 및
상기 이너 케이스에 형성된 제1 기체 유입구와 제1 기체 유출구;를 포함하고,
상기 이너 케이스는 상기 제1 기체 유입구가 형성된 유입부재, 상기 제1 기체 유출구가 형성된 유출부재, 및 상기 유입부재와 상기 유출부재 각각에 결합된 연결부재를 포함하며,
상기 연결부재는 일단이 상기 유입부재의 일단에 결합되고, 타단이 상기 유출부재의 일단에 결합되고,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치되며,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리와 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리가 서로 상이한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 제1 이격거리를 L(L은 0보다 큰 실수)이라 할 때, 상기 제1 기체 유출구가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 제2 이격거리는 2.33L 초과 19L 이하인 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 짧은 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 제1 기체 유입구는 상기 유입부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유입부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치되고,
상기 제1 기체 유출구는 상기 유출부재의 일단으로부터 이격된 거리가 상기 유출부재의 타단으로부터 이격된 거리에 비해 더 긴 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기의 카트리지.
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