KR20220113183A

KR20220113183A - Fuel cell membrane humidifier

Info

Publication number: KR20220113183A
Application number: KR1020210017070A
Authority: KR
Inventors: 양형모; 김경주; 안웅전; 김인호
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-08-12

Abstract

The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier capable of improving humidification efficiency by increasing the flow distance of exhaust gas. The fuel cell membrane humidifier, according to an embodiment of the present invention, comprises: a humidification module that humidifies air supplied from the outside with moisture in exhaust gas discharged from a fuel cell stack; and caps respectively coupled to both ends of the humidification module. The humidification module comprises: a mid-case having an exhaust gas inlet through which the exhaust gas flows; at least one cartridge disposed in the mid-case, including a plurality of hollow fiber membranes, a potting part for fixing the plurality of hollow fiber membranes, and an inner case having mesh holes for introducing exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet; and an exhaust gas guide member formed to communicate with the mesh hole and guiding the flow direction of the exhaust gas flowing into the mesh hole to be an oblique line.

Description

Fuel cell membrane humidifier {Fuel cell membrane humidifier}

본 발명은 배가스의 유동 거리를 증가시켜서 가습 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 막가습기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell membrane humidifier capable of improving humidification efficiency by increasing the flow distance of exhaust gas.

연료전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 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.A fuel cell is a power generation type cell that produces electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as dry cells and storage batteries, fuel cells can continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, and there is no heat loss, so the efficiency is about twice that of an internal combustion engine.

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.In addition, since chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy, the emission of pollutants is small. Accordingly, the fuel cell has the advantage of being environmentally friendly and reducing concerns about resource depletion due to increased energy consumption.

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.These fuel cells are largely dependent on the type of electrolyte used: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (Molten Carbonate Fuel Cell) : MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), and Alkaline Fuel Cell (AFC).

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 출력 밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.Each of these fuel cells operates on the same principle, but the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, etc. are different from each other. Among them, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is known to be the most promising not only in small-scale stationary power generation equipment but also in transportation systems because it operates at a lower temperature compared to other fuel cells and because of its high power density and miniaturization.

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.One of the most important factors in improving the performance of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is a certain amount or more of a polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane or Proton Exchange Membrane: PEM) of a membrane-electrode assembly (MEA). It is to maintain moisture content by supplying moisture. This is because when the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency is rapidly reduced.

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.As a method of humidifying the polymer electrolyte membrane, 1) a bubbler humidification method in which water is supplied by passing a target gas through a diffuser after filling a pressure-resistant container with water, 2) the amount of supplied water required for fuel cell reaction There are a direct injection method in which moisture is calculated and directly supplying moisture to a gas flow pipe through a solenoid valve, and 3) a humidification membrane method in which moisture is supplied to a fluidized bed of gas using a polymer membrane.

이들 중에서도 배가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 공기에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 막가습 방식이 막가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.Among them, the membrane humidification method of humidifying the polymer electrolyte membrane by providing water vapor to the air supplied to the polymer electrolyte membrane using a membrane that selectively transmits only water vapor contained in the exhaust gas is advantageous in that the membrane humidifier can be reduced in weight and size.

막가습 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 막가습기를 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 막가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.The selective permeable membrane used in the membrane humidification method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when forming a module. That is, when a membrane humidifier is manufactured using a hollow fiber membrane, the high integration of the hollow fiber membrane with a large contact surface area is possible, so that the humidification of the fuel cell can be sufficiently performed even with a small capacity, the use of low-cost materials is possible, and the high temperature in the fuel cell is possible. It has the advantage that moisture and heat contained in the discharged off-gas can be recovered and reused through a membrane humidifier.

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 연료전지 막가습기(10)는 외부로부터 공급되는 공기와 연료전지 스택(미도시)으로부터 배출되는 배가스 사이의 수분 교환이 일어나는 가습 모듈(11) 및 가습 모듈(11)의 양 단에 결합된 캡들(12)을 포함한다.1 is an exploded perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to the prior art. As shown in FIG. 1 , in the fuel cell membrane humidifier 10 of the prior art, the humidification module 11 and the humidification module in which moisture exchange occurs between the air supplied from the outside and the exhaust gas discharged from the fuel cell stack (not shown). It includes caps (12) coupled to both ends of (11).

캡들(12) 중 하나는 외부로부터 공급되는 공기를 가습 모듈(11)로 공급하고, 다른 하나는 가습 모듈(11)에 의해 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급한다.One of the caps 12 supplies air supplied from the outside to the humidification module 11 , and the other one supplies air humidified by the humidification module 11 to the fuel cell stack.

가습 모듈(11)은, 배가스 유입구(off-gas inlet)(11aa)와 배가스 배출구(off-gas outlet)(11ab)를 갖는 미드-케이스(mid-case)(11a) 및 미드-케이스(11a) 내의 다수의 중공사막들(11b)을 포함한다. 중공사막들(11b)의 다발의 양 말단들은 포팅부(11c)에 고정된다. 포팅부(11c)는 일반적으로 캐스팅(casting) 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성된다.The humidification module 11 is a mid-case having an off-gas inlet 11aa and an off-gas outlet 11ab and a mid-case 11a and a mid-case 11a). It includes a plurality of hollow fiber membranes (11b) in the. Both ends of the bundle of hollow fiber membranes 11b are fixed to the potting part 11c. The potting part 11c is generally formed by curing a liquid polymer such as a liquid polyurethane resin through a casting method.

외부로부터 공급되는 공기는 중공사막들(11b)의 중공을 따라 흐른다. 배가스 유입구(11aa)를 통해 미드-케이스(11a) 내로 유입된 배가스는 중공사막들(11b)의 외표면과 접촉한 후 배가스 배출구(11ab)를 통해 미드-케이스(11a)로부터 배출된다. 배가스가 중공사막들(11b)의 외표면과 접촉할 때 배가스 내에 함유되어 있던 수분이 중공사막들(11b)을 투과함으로써 중공사막들(11b)의 중공을 따라 흐르던 공기를 가습한다.Air supplied from the outside flows along the hollow of the hollow fiber membranes (11b). The exhaust gas introduced into the mid-case 11a through the exhaust gas inlet 11aa comes into contact with the outer surface of the hollow fiber membranes 11b and then is discharged from the mid-case 11a through the exhaust gas outlet 11ab. When the exhaust gas comes into contact with the outer surface of the hollow fiber membranes 11b, moisture contained in the exhaust gas penetrates the hollow fiber membranes 11b, thereby humidifying the air flowing along the hollow of the hollow fiber membranes 11b.

다수의 중공사막들(11b)의 말단들이 고정되어 있는 포팅부(11c) 및 포팅부(11c)와 미드-케이스(11a) 사이의 수지층(11d)은 캡들(12)의 내부 공간들과 미드-케이스(11a)의 내부 공간을 차단한다. 포팅부(11c)와 유사하게, 수지층(11d)은 일반적으로 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 폴리머를 경화시킴으로써 형성된다.The potting part 11c to which the ends of the plurality of hollow fiber membranes 11b are fixed and the resin layer 11d between the potting part 11c and the mid-case 11a are formed between the inner spaces of the caps 12 and the mid - Block the inner space of the case (11a). Similar to the potting portion 11c, the resin layer 11d is generally formed by curing a liquid polymer such as a liquid polyurethane resin through a casting method.

대한민국 공개특허 제10-2009-0013304호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0013304 대한민국 공개특허 제10-2009-0057773호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0057773 대한민국 공개특허 제10-2009-0128005호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0128005 대한민국 공개특허 제10-2010-0108092호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0108092 대한민국 공개특허 제10-2010.0131631호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010.0131631 대한민국 공개특허 제10-2011-0001022호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0001022 대한민국 공개특허 제10-2011-0006122호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0006122 대한민국 공개특허 제10-2011-0006128호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-006128 대한민국 공개특허 제10-2011-0021217호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0021217 대한민국 공개특허 제10-2011-0026696호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0026696 대한민국 공개특허 제10-2011-0063366호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0063366

본 발명은 배가스의 유동 거리를 증가시켜서 가습 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a fuel cell membrane humidifier capable of improving humidification efficiency by increasing the flow distance of exhaust gas.

또한, 본 발명은 배가스에 의해 중공사막이 훼손되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell membrane humidifier capable of preventing the hollow fiber membrane from being damaged by exhaust gas.

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.In addition to the above-mentioned aspects of the present invention, other features and advantages of the present invention will be described below or will be clearly understood by those skilled in the art from such description.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,A fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention,

외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하는 가습 모듈; 및, 상기 가습 모듈의 양 말단들에 각각 결합된 캡들을 포함하되, 상기 가습 모듈은, 상기 배가스가 유입되는 배가스 유입구가 형성된 미드-케이스; 상기 미드-케이스 내에 배치되며, 복수의 중공사막과 상기 복수의 중공사막을 고정시키는 포팅부와 상기 배가스 유입구을 통해 유입된 배가스를 유입하기 위한 메쉬홀이 형성된 이너 케이스를 포함하는 적어도 하나의 카트리지; 상기 메쉬홀과 연통하도록 형성되며, 상기 메쉬홀로 유입되는 배가스의 유동 방향이 사선이 되도록 유도하는 배가스 가이드부재;를 포함한다.a humidification module for humidifying the air supplied from the outside with moisture in the exhaust gas discharged from the fuel cell stack; and caps respectively coupled to both ends of the humidification module, wherein the humidification module includes: a mid-case having an exhaust gas inlet through which the exhaust gas is introduced; at least one cartridge disposed in the mid-case and including a plurality of hollow fiber membranes, a potting part for fixing the plurality of hollow fiber membranes, and an inner case having a mesh hole for introducing the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet; and an exhaust gas guide member that is formed to communicate with the mesh hole and guides the flow direction of the exhaust gas flowing into the mesh hole to be an oblique line.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 배가스 가이드부재는, 상기 이너 케이스에 형성된 상기 메쉬홀과 대응하는 영역에 형성된 가이드 바디와, 상기 가이드 바디를 관통하여 상기 메쉬홀과 연통하도록 형성된 가이드 홀을 포함할 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the exhaust gas guide member includes a guide body formed in an area corresponding to the mesh hole formed in the inner case, and the guide body passing through the guide body to communicate with the mesh hole. It may include a guide hole formed.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 가이드 홀은 상기 포팅부 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the guide hole may be formed to be inclined toward the potting part.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 미드-케이스의 내부 공간을 구획하는 격벽을 포함하며, 상기 가이드 바디는 상기 격벽 측의 빗변이 더 긴 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, a partition wall partitioning the inner space of the mid-case may be included, and the guide body may be formed in a trapezoidal shape with a longer hypotenuse at the side of the partition wall.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 가습 모듈의 각 말단에 기계적 조립을 통해 기밀하게 결합되는 가스켓 조립체를 더 포함하며, 상기 가스켓 조립체는, 상기 카트리지의 단부가 삽입되는 홀을 구비하며, 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지 단부와 밀착하여 수평 방향의 진동을 흡수하는 패킹부; 상기 패킹부와 연결 형성되며, 상기 미드-케이스의 단부에 형성된 홈과 상기 캡의 단부에 의해 형성된 공간에 개재되는 에지부; 및, 상기 카트리지와 상기 패킹부 사이에서 상기 카트리지와 상기 패킹부를 접촉하도록 형성된 실링부;를 포함할 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, it further comprises a gasket assembly airtightly coupled to each end of the humidification module through mechanical assembly, wherein the gasket assembly includes a hole into which the end of the cartridge is inserted. and a packing unit for absorbing vibration in the horizontal direction in close contact with the end of the cartridge inserted into the hole; an edge part connected to the packing part and interposed in a space formed by a groove formed at an end of the mid-case and an end of the cap; and a sealing part formed to contact the cartridge and the packing part between the cartridge and the packing part.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 패킹부는, 상기 카트리지 단부가 삽입되는 홀이 형성된 바디 부재와, 상기 바디 부재의 일단에 형성되며 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지 단부와 밀착되어 형성된 돌출 부재를 포함할 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, the packing part includes a body member having a hole into which the cartridge end is inserted, and a body member formed at one end of the body member and in close contact with the cartridge end inserted into the hole. It may include a formed protrusion member.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 카트리지는, 단부에 개구가 형성되며 상기 복수의 중공사막들이 수용되는 이너 케이스와, 상기 복수의 중공사막들의 말단부들이 고정되며 상기 이너 케이스의 개구를 폐쇄시키는 포팅부를 포함할 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, the cartridge has an inner case having an opening formed at an end thereof and accommodating the plurality of hollow fiber membranes, and distal ends of the plurality of hollow fiber membranes are fixed, the inner case of the cartridge It may include a potting part for closing the opening.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 포팅부의 적어도 일부는 상기 이너 케이스 밖에 위치하며, 상기 돌출 부재는 상기 포팅부에 가압 밀착될 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, at least a portion of the potting part may be located outside the inner case, and the protruding member may be pressed into close contact with the potting part.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 포팅부 전체가 상기 이너 케이스 내에 위치하며, 상기 돌출 부재는 상기 이너 케이스에 가압 밀착될 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, the entire potting part may be positioned in the inner case, and the protruding member may be press-contacted to the inner case.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 에지부는, 양 방향으로 돌출된 에지 윙을 구비하며, 상기 에지 윙은 상기 미드-케이스 단부에 형성된 홈을 채우면서 개재되어, 상기 미드-케이스의 내부와 외부, 그리고 상기 미드-케이스와 상기 캡을 밀봉할 수 있다. In the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention, the edge portion includes edge wings protruding in both directions, and the edge wings are interposed while filling a groove formed in the mid-case end portion, the mid- It is possible to seal the inside and outside of the case, and the mid-case and the cap.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 갖고, 상기 패킹부의 적어도 일부와 상기 에지부의 적어도 일부에 삽입되어 형성되며 상기 제1 경도 보다 높은 제2 경도를 갖는 보강 부재를 더 포함할 수 있다.In the fuel cell membrane humidifier according to the embodiment of the present invention, each of the packing part and the edge part has a first hardness of 30 to 70 Shore A, and is formed by being inserted into at least a part of the packing part and at least a part of the edge part. and may further include a reinforcing member having a second hardness higher than the first hardness.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of implementations according to various aspects of the invention are included in the detailed description below.

본 발명에 의하면, 배가스의 유동 거리를 증가시켜서 가습 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 배가스에 의해 중공사막이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the humidification efficiency by increasing the flow distance of the exhaust gas. In addition, it is possible to prevent the hollow fiber membrane from being damaged by the exhaust gas.

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 동작 상태를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다.1 is an exploded perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to the prior art.
2 is an exploded perspective view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a first embodiment of the present invention.
3 is an exploded cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a first embodiment of the present invention.
4 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a first embodiment of the present invention.
5 is a partial cross-sectional view for explaining the operating state of the fuel cell membrane humidifier according to the first embodiment of the present invention.
6 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a modified example of the first embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention.
8 is an exploded cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention.
9 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention.
10 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a modified example of the second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 연료전지 막가습기를 설명한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Hereinafter, a fuel cell membrane humidifier according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 단면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 동작 상태를 설명하기 위한 부분 단면도이다.2 is an exploded perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is an exploded cross-sectional view showing a fuel cell membrane humidifier according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is this view A combined cross-sectional view of the fuel cell membrane humidifier according to the first embodiment of the present invention is shown, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining the operating state of the fuel cell membrane humidifier according to the first embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기(100)는, 가습 모듈(110)과 캡(120)과 가스켓 조립체(130)과 배가스 가이드부재(140)를 포함한다. 2 to 5 , the fuel cell membrane humidifier 100 according to the first embodiment of the present invention includes a humidification module 110 , a cap 120 , a gasket assembly 130 , and an exhaust gas guide member 140 . includes

가습 모듈(110)은 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습한다. 가습 모듈(110)의 양 말단들 각각은 캡(120)과 결합된다. 캡(120)들 중 어느 하나는 외부로부터 공급되는 공기를 가습 모듈(110)로 공급하고, 다른 하나는 가습 모듈(110)에 의해 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급한다. 가스켓 조립체(130)는 가습 모듈(110)의 각 말단에 기계적 조립을 통해 기밀하게 결합된다. 배가스 가이드부재(140)는 카트리지(112)에 형성된 제1 메쉬홀(MH1)과 연통하도록 형성되며, 제1 메쉬홀(MH1)로 유입되는 배가스의 유동 방향이 사선이 되도록 유도하여 가습 효율을 향상시킨다.The humidification module 110 humidifies the air supplied from the outside with moisture in the exhaust gas discharged from the fuel cell stack. Each of both ends of the humidification module 110 is coupled to the cap 120 . One of the caps 120 supplies air supplied from the outside to the humidification module 110 , and the other one supplies air humidified by the humidification module 110 to the fuel cell stack. The gasket assembly 130 is hermetically coupled to each end of the humidification module 110 through mechanical assembly. The exhaust gas guide member 140 is formed to communicate with the first mesh hole MH1 formed in the cartridge 112, and induces the flow direction of the exhaust gas flowing into the first mesh hole MH1 to be an oblique line to improve humidification efficiency. make it

가습 모듈(110)은 외부로부터 공급되는 공기와 배가스 사이의 수분 교환이 일어나는 장치로서, 배가스 유입구(111a)와 배가스 배출구(111b)를 갖는 미드-케이스(111) 및 미드-케이스(111) 내에 배치되는 적어도 하나의 카트리지(112)를 포함할 수 있다.The humidification module 110 is a device in which moisture exchange occurs between the air supplied from the outside and the exhaust gas, and is disposed in the mid-case 111 and the mid-case 111 having an exhaust gas inlet 111a and an exhaust gas outlet 111b. It may include at least one cartridge 112 that is.

미드-케이스(111)와 캡(120)은 각각 독립적으로 경질 플라스틱이나 금속으로 형성될 수 있으며, 원형 또는 다각형의 폭방향 단면을 가질 수 있다. 원형은 타원형을 포함하며, 다각형은 둥근 모서리(rounded corner)를 갖는 다각형을 포함한다. 예를 들어, 경질 플라스틱은, 폴리카보네이트, 폴리아마이드(PA), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리프로필렌(PP) 등 일 수 있다. 미드-케이스(111)의 내부 공간은 격벽들(partitions)(111c)에 의해 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획될 수 있다.The mid-case 111 and the cap 120 may each independently be formed of a hard plastic or metal, and may have a circular or polygonal cross-section in the width direction. A circle includes an ellipse, and a polygon includes a polygon with rounded corners. For example, the rigid plastic may be polycarbonate, polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polypropylene (PP), or the like. The inner space of the mid-case 111 may be divided into a first space S1 and a second space S2 by partitions 111c.

카트리지(112)는 다수의 중공사막들(112a) 및 이들을 서로 고정시켜주는 포팅부(112b)를 포함할 수 있다. 중공사막들(112a)의 말단들은 포팅부(112b)에 고정될 수 있다. 또한, 카트리지(112)는 이너 케이스(inner case)(112c)를 더 포함할 수 있다. 이너 케이스(112c)는 각 말단에 개구(opening)를 가지며 중공사막들(112a)이 그 안에 들어 있다. 중공사막들(112a)의 단부들이 포팅되어 있는 포팅부(112b)는 이너 케이스(112c)의 개구를 폐쇄시킨다. 또한, 카트리지(112)는 배가스 가이드부재(140)를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다. The cartridge 112 may include a plurality of hollow fiber membranes 112a and a potting part 112b for fixing them to each other. The ends of the hollow fiber membranes 112a may be fixed to the potting part 112b. Also, the cartridge 112 may further include an inner case 112c. The inner case 112c has an opening at each end and the hollow fiber membranes 112a are contained therein. The potting part 112b in which the ends of the hollow fiber membranes 112a are potted closes the opening of the inner case 112c. In addition, the cartridge 112 may further include an exhaust gas guide member 140 . This will be described later.

도 3과 같이, 포팅부(112b)의 적어도 일부가 이너 케이스(112c) 밖에 위치할 수 있으며, 가스켓 조립체(130)의 돌출 부재(131b)는 포팅부(112b)에 밀착할 수 있다. 또는 도 6과 같이, 포팅부(112b) 전체가 이너 케이스(112c) 내에 위치하며 가스켓 조립체(130)의 돌출 부재(131b)가 포팅부(112b)가 아닌 이너 케이스(112c)에 밀착할 수 있다.3 , at least a portion of the potting part 112b may be positioned outside the inner case 112c, and the protruding member 131b of the gasket assembly 130 may be in close contact with the potting part 112b. Alternatively, as shown in FIG. 6 , the entire potting part 112b is located in the inner case 112c, and the protruding member 131b of the gasket assembly 130 may be in close contact with the inner case 112c instead of the potting part 112b. .

이너 케이스(112c)는 제1 공간(S1)과의 유체 연통을 위해 메쉬 형태로 배열된 다수의 홀들(이하, '제1 메쉬홀')(MH1) 및 제2 공간(S2)과의 유체연통을 위해 메쉬 형태로 배열된 다수의 홀들(이하, '제2 메쉬홀')(MH2)을 구비한다.The inner case 112c is in fluid communication with a plurality of holes (hereinafter, 'first mesh holes') MH1 and the second space S2 arranged in a mesh form for fluid communication with the first space S1 . For this purpose, a plurality of holes (hereinafter, 'second mesh hole') MH2 arranged in a mesh shape are provided.

배가스 유입구(111a)를 통해 미드-케이스(111)의 제1 공간(S1)으로 유입된 배가스는 제1 메쉬홀(MH1)을 통해 이너 케이스(112c) 내로 흘러 들어 중공사막들(112a)의 외표면과 접촉한다. 이어서, 수분을 빼앗긴 배가스는 제2 메쉬홀(MH2)을 통해 제2 공간(S2)으로 빠져나간 후 배가스 배출구(111b)를 통해 미드-케이스(111)로부터 배출된다. 이와 같은 이너 케이스(112c)를 포함하는 카트리지(112)는 미드-케이스(111)에 용이하게 조립될 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 교체될 수 있다는 장점을 갖는다.The exhaust gas introduced into the first space S1 of the mid-case 111 through the exhaust gas inlet 111a flows into the inner case 112c through the first mesh hole MH1, in contact with the surface. Then, the exhaust gas from which the moisture is taken out is discharged into the second space S2 through the second mesh hole MH2 and then discharged from the mid-case 111 through the exhaust gas outlet 111b. The cartridge 112 including such an inner case 112c has the advantage that it can be easily assembled to the mid-case 111 and easily replaced.

중공사막들(112a)은 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 또는 이들 중 적어도 2 이상의 혼합물로 형성된 고분자막을 포함할 수 있고, 포팅부(112b)는 딥 포팅, 원심 포팅 등의 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다.The hollow fiber membranes 112a may include polysulfone resin, polyethersulfone resin, sulfonated polysulfone resin, polyvinylidene fluoride (PVDF) resin, polyacrylonitrile (PAN) resin, polyimide resin, polyamideimide resin, It may include a polyester imide resin, or a polymer film formed of a mixture of at least two or more thereof, and the potting part 112b is formed by curing a liquid resin such as a liquid polyurethane resin through a casting method such as deep potting or centrifugal potting. can be

외부로부터 공급되는 공기는 중공사막들(112a)의 중공을 따라 흐른다. 배가스 유입구(111a)를 통해 미드-케이스(111) 내로 유입된 배가스는 중공사막들(112a)의 외표면과 접촉한 후 배가스 배출구(111b)를 통해 미드-케이스(111)로부터 배출된다. 배가스가 중공사막들(112a)의 외표면과 접촉할 때 배가스 내에 함유되어 있던 수분이 중공사막들(112a)을 투과함으로써 중공사막들(112a)의 중공을 따라 흐르던 공기를 가습한다.Air supplied from the outside flows along the hollow of the hollow fiber membranes (112a). The exhaust gas introduced into the mid-case 111 through the exhaust gas inlet 111a is discharged from the mid-case 111 through the exhaust gas outlet 111b after contacting the outer surfaces of the hollow fiber membranes 112a. When the exhaust gas comes into contact with the outer surface of the hollow fiber membranes 112a, moisture contained in the exhaust gas penetrates the hollow fiber membranes 112a to humidify the air flowing along the hollow of the hollow fiber membranes 112a.

가스켓 조립체(130)는 가습 모듈(110)의 각 말단에 기계적 조립을 통해 기밀하게 결합될 수 있다. 가스켓 조립체(130)의 기계적 조립을 통해 미드-케이스(111)와 캡(120) 사이의 공기 누출을 방지하기 때문에 종래 기술의 캐스팅 공정(즉, 액상 수지를 주형에 주입하고 경화하는 공정) 및 추가적 실링 공정(즉, 실런트를 도포하고 경화시키는 공정) 등을 생략할 수 있다. The gasket assembly 130 may be airtightly coupled to each end of the humidification module 110 through mechanical assembly. In order to prevent air leakage between the mid-case 111 and the cap 120 through the mechanical assembly of the gasket assembly 130, the prior art casting process (that is, the process of injecting and curing the liquid resin into the mold) and additionally A sealing process (ie, a process of applying and curing a sealant) may be omitted.

또한, 가스켓 조립체(130)는 기계적 조립을 통해 가습 모듈(100)에 장착되기 때문에 가습 모듈(110)의 특정 부분(예를 들어, 카트리지(112))에 이상이 발생할 경우, 가스켓 조립체(130)를 가습 모듈(110)로부터 기계적으로 간단히 분리한 후 해당 부분만을 수리 또는 교체하는 것이 가능하다.In addition, since the gasket assembly 130 is mounted on the humidification module 100 through mechanical assembly, when an abnormality occurs in a specific part (for example, the cartridge 112) of the humidification module 110, the gasket assembly 130 It is possible to repair or replace only the corresponding part after mechanically simply detaching it from the humidification module 110 .

도 3을 참조하면, 가스켓 조립체(130)는 패킹부(131), 에지부(132), 실링부(133)를 포함한다. 패킹부(131)와 에지부(132)는 20 내지 70 Shore A, 바람직하게는 30 내지 60 Shore A의 제1 경도를 갖는 탄성 물질(예를 들어, 실리콘, 고무 등)로 형성될 수 있다. 실링부(133)는 고상 실링재, 액상 실링재 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 고상 실링재는 실리콘, 아크릴 러버, EPDM, NBR 등과 같은 재질로 제조될 수 있으며, 액상 실링재는 실리콘, 우레탄 등과 같은 재질로 제조될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the gasket assembly 130 includes a packing part 131 , an edge part 132 , and a sealing part 133 . The packing part 131 and the edge part 132 may be formed of an elastic material (eg, silicone, rubber, etc.) having a first hardness of 20 to 70 Shore A, preferably 30 to 60 Shore A. The sealing part 133 may include at least one of a solid sealing material and a liquid sealing material. The solid sealing material may be made of a material such as silicone, acrylic rubber, EPDM, or NBR, and the liquid sealing material may be made of a material such as silicone or urethane.

패킹부(131)는 카트리지(112)의 단부(예를 들어, 포팅부(112b))가 삽입되는 홀(H)을 구비하며 미드-케이스(111)와 카트리지(112) 사이에 개재된다. 패킹부(131)는 바디 부재(131a)와 돌출 부재(131b)를 포함한다. The packing part 131 has a hole H into which the end (eg, the potting part 112b) of the cartridge 112 is inserted, and is interposed between the mid-case 111 and the cartridge 112 . The packing part 131 includes a body member 131a and a protruding member 131b.

바디 부재(131a)는 카트리지(112) 단부(예를 들어, 포팅부(112b))가 삽입되는 홀(H)을 구비하며, 홀(H)은 카트리지(112) 단부의 형상과 대응하는 형상으로 형성된다. 바디 부재(131a)에서 미드-케이스(111) 측으로 돌출 형성된 하부 바디 부재(131aa)는 단면이 다각 형상(예를 들어, 사다리꼴 형상)으로 형성될 수 있고, 캡(120) 측으로 형성된 상부 바디 부재(131ab)는 평면 형상으로 형성될 수 있다. 하부 바디 부재(131aa)와 카트리지 포팅부(112b) 사이에는 실링부(133)가 배치될 공간이 형성된다. 또한, 하부 바디 부재(131aa)와 에지부(132) 사이에는 미드-케이스(111)의 단부(111d)가 끼워지는 홈(G)이 형성된다.The body member 131a has a hole H into which the cartridge 112 end (eg, the potting part 112b) is inserted, and the hole H has a shape corresponding to the shape of the cartridge 112 end. is formed The lower body member 131aa protruding from the body member 131a toward the mid-case 111 may have a polygonal cross-section (for example, a trapezoidal shape), and an upper body member formed toward the cap 120 ( 131ab) may be formed in a planar shape. A space is formed between the lower body member (131aa) and the cartridge potting part (112b) to arrange the sealing part (133). In addition, a groove G is formed between the lower body member 131aa and the edge portion 132 into which the end 111d of the mid-case 111 is fitted.

돌출 부재(131b)는 홀(H)에 삽입된 카트리지 포팅부(112b)와 접촉하도록 바디 부재(131a)의 일단에 형성된다. 돌출 부재(131b)는 바디 부재(131a)의 일단부에서 돌출된 적어도 1개 이상의 환형 돌기일 수 있다. 돌출 부재(131b)는 탄성력에 의해 카트리지 포팅부(112b)를 가압하면서 접촉하여 미드-케이스(111)의 공간과 캡(120)에 의한 공간을 기밀할 수 있다. 따라서, 돌출 부재(131b)는 미드-케이스(111) 내의 유체가 캡(120) 측에 형성된 공간으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 돌출 부재(131b)는 탄성을 갖고 있기 때문에 진동 완충 기능을 수행할 수 있고, 따라서, 가습기(100)의 진동으로 인한 손상을 방지할 수 있다.The protruding member (131b) is formed at one end of the body member (131a) to contact the cartridge potting portion (112b) inserted into the hole (H). The protrusion member 131b may be at least one annular protrusion protruding from one end of the body member 131a. The protruding member 131b may contact the cartridge potting part 112b by an elastic force while pressing the mid-case 111 to airtight the space of the cap 120 and the space of the cap 120 . Accordingly, the protrusion member 131b may prevent the fluid in the mid-case 111 from flowing into the space formed on the cap 120 side. In addition, since the protruding member 131b has elasticity, it can perform a vibration-absorbing function, and thus, it is possible to prevent damage due to vibration of the humidifier 100 .

에지부(132)는 바디 부재(131a)의 타단에 형성된다. 에지부(132)는 미드-케이스의 단부에 형성된 홈(111e)과 캡의 단부(120a)에 의해 형성된 공간에 개재될 수 있다. 에지부(132)는 양 방향으로 돌출된 에지 윙(132a, 132b)을 구비할 수 있다. 에지 윙(132a, 132b)은 가습 모듈(110)의 길이 방향으로 형성될 수 있다. 조립시에, 미드-케이스 단부의 홈(111e)에 에지 윙(132a, 132b)을 삽입하고, 캡의 단부(120a)가 에지 윙(132b)을 가압한 후, 볼트(B) 등의 체결 수단으로 체결시켜서 조립할 수 있다. 이때, 에지 윙(132a, 132b)은 탄성을 지닌 물질로 이루어지므로 에지 윙(132a, 132b)은 미드-케이스 단부의 홈(111e) 공간을 일정 부분 채우면서 개재될 수 있다. 미드-케이스(111)와 캡(120)의 단부 측면에는 볼트 체결을 위한 체결공이 형성된 체결 절편(111f, 120b)이 형성될 수 있다. 에지 윙(132a, 132b)은 미드-케이스 단부의 홈(111e)을 기밀시켜서 미드-케이스(111)의 내부와 외부, 그리고 미드-케이스(111)와 캡(120)을 밀봉시킬 수 있다.The edge portion 132 is formed at the other end of the body member 131a. The edge portion 132 may be interposed in a space formed by the groove 111e formed at the end of the mid-case and the end 120a of the cap. The edge portion 132 may include edge wings 132a and 132b protruding in both directions. Edge wings (132a, 132b) may be formed in the longitudinal direction of the humidification module (110). When assembling, the edge wings 132a and 132b are inserted into the grooves 111e of the mid-case end, and the end portion 120a of the cap presses the edge wing 132b, followed by fastening means such as bolts B. It can be assembled by fastening with At this time, since the edge wings 132a and 132b are made of a material having elasticity, the edge wings 132a and 132b may be interposed while filling a certain portion of the space of the groove 111e at the end of the mid-case. Fastening fragments 111f and 120b having fastening holes for fastening bolts may be formed on the end side surfaces of the mid-case 111 and the cap 120 . The edge wings 132a and 132b may seal the inside and outside of the mid-case 111 and the mid-case 111 and the cap 120 by sealing the groove 111e of the end of the mid-case.

실링부(133)는 카트리지(112)와 패킹부(131) 사이에서 카트리지(112)와 패킹부(131)를 접촉하도록 형성된다. 구체적으로, 실링부(133)는 카트리지의 포팅부(112b)와 패킹부의 하부 바디 부재(131aa)를 동시에 접촉(또는 접착)하도록 형성된다. 실링부(133)는 미드-케이스(111)의 공간과 캡(120)의 공간을 기밀하여 미드-케이스(111) 내의 유체가 캡(120) 측으로 유동하는 것을 방지한다. The sealing part 133 is formed to contact the cartridge 112 and the packing part 131 between the cartridge 112 and the packing part 131 . Specifically, the sealing part 133 is formed to contact (or adhere) the potting part 112b of the cartridge and the lower body member 131aa of the packing part at the same time. The sealing part 133 seals the space of the mid-case 111 and the space of the cap 120 to prevent the fluid in the mid-case 111 from flowing toward the cap 120 .

또한, 가스켓 조립체(130)는 보강 부재(134)를 더 포함할 수 있다. 보강 부재(134)는 제1 경도보다 높은 제2 경도를 가질 수 있다. 예를 들어, 보강 부재(134)는 금속, 열가소성 또는 열경화성 수지 등으로 형성될 수 있다. 보강 부재(134)는 가스켓 조립체(130) 성형시, 금형에 금속 플레이트를 삽입한 후에 제조함으로써 가스켓 조립체(130) 내에 삽입되어 형성될 수 있다. 보강 부재(134)는 패킹부(131)의 적어도 일부와 에지부(132)의 적어도 일부에 삽입되어 형성될 수 있다. 보강 부재(134)는 가스켓 조립체(130) 중에서 변형에 취약한 부분(홈(G)이 형성된 부분)에 형성될 수 있다. 패킹부(131) 및 에지부(132) 보다 높은 경도를 갖는 보강 부재(134)는, 가스켓 조립체(130)를 가습 모듈(110)에 기계적으로 조립할 때 또는 가습기 운전 중에 바디 부재(131a)의 변형이 야기되는 것을 방지함으로써 공기 누출을 더욱 확실히 담보할 수 있다.In addition, the gasket assembly 130 may further include a reinforcing member 134 . The reinforcing member 134 may have a second hardness higher than the first hardness. For example, the reinforcing member 134 may be formed of a metal, a thermoplastic, or a thermosetting resin. The reinforcing member 134 may be inserted into the gasket assembly 130 and formed by manufacturing the reinforcing member 134 after inserting the metal plate into the mold when the gasket assembly 130 is molded. The reinforcing member 134 may be formed by being inserted into at least a portion of the packing portion 131 and at least a portion of the edge portion 132 . The reinforcing member 134 may be formed in a portion vulnerable to deformation (a portion in which the groove G is formed) in the gasket assembly 130 . The reinforcing member 134 having a higher hardness than the packing portion 131 and the edge portion 132 is deformed when the gasket assembly 130 is mechanically assembled to the humidification module 110 or during operation of the humidifier. By preventing this from occurring, it is possible to more reliably ensure air leakage.

카트리지(112)는 배가스 가이드부재(140)를 더 포함할 수 있다. 배가스 가이드부재(140)는 카트리지(112)에 형성된 제1 메쉬홀(MH1)과 연통하도록 형성되며, 제1 메쉬홀(MH1)로 유입되는 배가스의 유동 방향이 사선이 되도록 유도하여 가습 효율을 향상시킨다. 배가스 가이드부재(140)는 가이드 바디(141)와 가이드 홀(142)을 포함할 수 있다. The cartridge 112 may further include an exhaust gas guide member 140 . The exhaust gas guide member 140 is formed to communicate with the first mesh hole MH1 formed in the cartridge 112, and induces the flow direction of the exhaust gas flowing into the first mesh hole MH1 to be an oblique line to improve humidification efficiency. make it The exhaust gas guide member 140 may include a guide body 141 and a guide hole 142 .

가이드 바디(141)는 이너 케이스(112c)에 형성된 제1 메쉬홀(MH1)과 대응하는 영역에 형성될 수 있다. 가이드 바디(141)는 가이드 홀(142)이 형성될 수 있는 소정의 형상으로 형성될 수 있다. 도면에서 가이드 바디(141)는 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 예시하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 도시된 바와 같이 격벽(111c) 측의 빗변이 더 긴 사다리꼴 형상으로 형성하는 경우, 격벽(111c) 측에 부딪히는 배가스의 유동 공간을 확보할 수 있게 된다.The guide body 141 may be formed in a region corresponding to the first mesh hole MH1 formed in the inner case 112c. The guide body 141 may be formed in a predetermined shape in which the guide hole 142 may be formed. In the drawings, the guide body 141 is exemplified to be formed in a trapezoidal shape, but is not limited thereto. However, as shown in the figure, when the hypotenuse on the side of the partition wall 111c is formed in a longer trapezoidal shape, it is possible to secure a flow space of the exhaust gas colliding with the partition wall 111c side.

가이드 홀(142)은 배가스의 유동 방향이 사선이 되도록 유도한다. 이를 위해, 가이드 홀(142)은 포팅부(112b) 방향으로 기울어지도록 형성된다. The guide hole 142 guides the flow direction of the exhaust gas to be oblique. To this end, the guide hole 142 is formed to be inclined toward the potting part 112b.

도 5를 참조하면, 배가스 유입구(111a)를 통해 유입된 배가스는 배가스 가이드부재(140)에 의해 가이드되면서 제1 메쉬홀(MH1)로 유입될 수 있다. 이때, 가이드 홀(142)이 포팅부(112b) 방향으로 기울어져 있으므로, 제1 메쉬홀(MH1)로 유입되는 배가스는 포팅부(112b) 방향으로 기울어져서 유입된다. 포팅부(112b) 방향으로 기울어져서 유입된 배가스는 포팅부(112b)와 충돌하여 반대 방향(제2 메쉬홀(MH2))으로 유동하면서 중공사막(112a) 내부를 흐르는 공기와 수분 교환을 수행하여 가습한다. 이때, 배가스 가이드부재(140)를 통해 제1 메쉬홀(MH1)로 유입된 배가스는 포팅부(112b) 방향으로 유동한 후, 제2 메쉬홀(MH2) 방향으로 유동하게 되므로, 유동 거리가 증가하게 된다. 따라서, 중공사막(112a)들의 외표면과 접촉하는 회수가 증가하게 되어 가습 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Referring to FIG. 5 , the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 111a may be introduced into the first mesh hole MH1 while being guided by the exhaust gas guide member 140 . At this time, since the guide hole 142 is inclined in the potting part 112b direction, the exhaust gas flowing into the first mesh hole MH1 is inclined in the potting part 112b direction. The exhaust gas inclined in the potting part 112b direction collides with the potting part 112b and flows in the opposite direction (the second mesh hole MH2) while exchanging moisture with the air flowing inside the hollow fiber membrane 112a. humidify At this time, the exhaust gas introduced into the first mesh hole MH1 through the exhaust gas guide member 140 flows in the potting part 112b direction and then flows in the second mesh hole MH2 direction, so that the flow distance increases. will do Accordingly, the number of times of contact with the outer surface of the hollow fiber membranes 112a is increased, so that humidification efficiency can be improved.

한편, 배가스의 일부는 가이드 홀(142)의 내벽에 충돌하여 어느 정도 압력이 손실된 후에 제1 메쉬홀(MH1)로 유입되므로, 카트리지(112) 내에 수용된 중공사막은 압력 손실된 배가스와 접촉하게 된다. 따라서, 배가스 가이드부재(140)는 배가스 유입구(111a)를 통해 유입된 배가스가 중공사막과 직접 접촉하여 중공사막을 훼손시키는 것을 방지할 수 있게 된다.On the other hand, since a portion of the exhaust gas collides with the inner wall of the guide hole 142 and flows into the first mesh hole MH1 after a certain amount of pressure is lost, the hollow fiber membrane accommodated in the cartridge 112 comes into contact with the pressure-loss exhaust gas. do. Accordingly, the exhaust gas guide member 140 can prevent the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 111a from directly contacting the hollow fiber membrane and damaging the hollow fiber membrane.

도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기(100a)는, 포팅부(112b) 전체가 이너 케이스(112c) 내에 위치하며 가스켓 조립체(130)의 돌출 부재(131b)가 포팅부(112b)가 아닌 이너 케이스(112c)에 밀착한다는 것을 제외하고는, 상술한 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기(100)와 실질적으로 동일하다.6 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a modified example of the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 , in the fuel cell membrane humidifier 100a according to the modified example of the first embodiment of the present invention, the potting part 112b is entirely located in the inner case 112c, and the protruding member of the gasket assembly 130 ( It is substantially the same as the fuel cell membrane humidifier 100 according to the first embodiment described above, except that the 131b) is in close contact with the inner case 112c rather than the potting part 112b.

다음, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 분해 단면도이며, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다. Next, a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9 . 7 is an exploded perspective view showing a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention, FIG. 8 is an exploded cross-sectional view showing a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view showing a fuel cell membrane humidifier according to a second embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기(200)는, (i) 가습 모듈(110)이 2개 이상의 카트리지(212)들을 포함하고, (ii) 가스켓 조립체(230)는 2개 이상의 카트리지(212)들이 각각 삽입되는 2개 이상의 홀들(H)을 구비하는 점을 제외하고는, 전술한 제1 실시예에 따른 연료전지 막가습기(100)와 실질적으로 동일하다.7 to 9, in the fuel cell membrane humidifier 200 according to the second embodiment of the present invention, (i) the humidification module 110 includes two or more cartridges 212, ( ii) The fuel cell membrane humidifier 100 according to the first embodiment, except that the gasket assembly 230 has two or more holes H into which two or more cartridges 212 are respectively inserted. is practically the same as

이때, 가스켓 조립체(230)는 카트리지 포팅부(212b)와 접촉하도록 바디 부재(131a, 도 3 참조)의 일단에 형성되는 2개 이상의 돌출 부재(131b, 도 3 참조)를 포함하고, 카트리지(212)와 패킹부(131, 도 3 참조) 사이에서 카트리지(212)와 패킹부(131)를 접촉하도록 형성되는 2개 이상의 실링부(133, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.At this time, the gasket assembly 230 includes two or more protruding members 131b (see FIG. 3) formed at one end of the body member 131a (see FIG. 3) to contact the cartridge potting part 212b, and the cartridge 212 ) and the packing part (131, see FIG. 3) may include two or more sealing parts (133, see FIG. 3) formed to contact the cartridge 212 and the packing part 131 between.

이너 케이스(212c)를 각각 포함하는 복수의 카트리지(212)들이 일정 간격을 두고 미드-케이스(111) 내에 장착됨으로써 미드-케이스(111) 내에 존재하는 모든 중공사막들(212a)에게 배가스가 균일하게 분배될 수 있을 뿐만 아니라, 문제가 발생한 특정 카트리지(212)만을 선별적으로 교체할 수 있어 연료전지 막가습기(200)의 유지보수 비용을 더욱 절감할 수 있다.A plurality of cartridges 212 each including the inner case 212c are mounted in the mid-case 111 at regular intervals so that the exhaust gas is uniformly distributed to all the hollow fiber membranes 212a present in the mid-case 111 . Not only can it be distributed, but only a specific cartridge 212 in which a problem occurs can be selectively replaced, so that the maintenance cost of the fuel cell membrane humidifier 200 can be further reduced.

도 10은 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 결합 단면도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따른 연료전지 막가습기(200a)는, 포팅부(212b) 전체가 이너 케이스(212c) 내에 위치하며 가스켓 조립체(230)의 돌출 부재는 포팅부(212b)가 아닌 이너 케이스(212c)에 밀착한다는 것을 제외하고는, 상술한 제2 실시예에 따른 연료전지 막가습기(200)와 실질적으로 동일하다.10 is a combined cross-sectional view illustrating a fuel cell membrane humidifier according to a modified example of the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10 , in the fuel cell membrane humidifier 200a according to the modified example of the second embodiment of the present invention, the potting part 212b is entirely located in the inner case 212c, and the protruding member of the gasket assembly 230 is It is substantially the same as the fuel cell membrane humidifier 200 according to the second embodiment described above, except that it is in close contact with the inner case 212c rather than the potting part 212b.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by such as, and it will be said that it is also included within the scope of the present invention.

100, 100a, 200, 200a : 연료전지 막가습기
110 : 가습 모듈 111 : 미드-케이스
111a ; 배가스 유입구 111b : 배가스 배출구
111c : 격벽 112, 212 : 카트리지
112a, 212a : 중공사막 112b, 212b : 포팅부
112c, 212c : 이너 케이스 120 : 캡
130, 230 : 가스켓 조립체
140 : 배가스 가이드부재 141 : 가이드 바디
142 : 가이드 홀100, 100a, 200, 200a: fuel cell membrane humidifier
110: humidification module 111: mid-case
111a; flue gas inlet 111b: flue gas outlet
111c: bulkhead 112, 212: cartridge
112a, 212a: hollow fiber membrane 112b, 212b: potting part
112c, 212c: inner case 120: cap
130, 230: gasket assembly
140: exhaust gas guide member 141: guide body
142: guide hole

Claims

a humidification module for humidifying the air supplied from the outside with moisture in the exhaust gas discharged from the fuel cell stack; and,
Comprising caps respectively coupled to both ends of the humidification module,
The humidification module,
a mid-case having an exhaust gas inlet through which the exhaust gas is introduced;
at least one cartridge disposed in the mid-case and including a plurality of hollow fiber membranes, a potting part for fixing the plurality of hollow fiber membranes, and an inner case having a mesh hole for introducing the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet;
an exhaust gas guide member formed to communicate with the mesh hole and guiding the flow direction of the exhaust gas flowing into the mesh hole to be an oblique line;
A fuel cell membrane humidifier comprising a.

The method according to claim 1, The exhaust gas guide member,
a guide body formed in an area corresponding to the mesh hole formed in the inner case;
A guide hole formed to pass through the guide body and communicate with the mesh hole
A fuel cell membrane humidifier comprising a.

The method according to claim 2, The guide hole,
A fuel cell membrane humidifier formed to be inclined toward the potting part.

3. The method according to claim 2,
and a partition wall partitioning the inner space of the mid-case,
The guide body is a fuel cell membrane humidifier formed in a trapezoidal shape with a longer hypotenuse on the side of the partition wall.

The method according to claim 1,
Further comprising a gasket assembly airtightly coupled to each end of the humidification module through mechanical assembly, the gasket assembly,
a packing unit having a hole into which the end of the cartridge is inserted, and adhering to the end of the cartridge inserted into the hole to absorb vibration in the horizontal direction;
an edge part connected to the packing part and interposed in a space formed by a groove formed at an end of the mid-case and an end of the cap; and,
a sealing part formed between the cartridge and the packing part to contact the cartridge and the packing part;
A fuel cell membrane humidifier comprising a.

The method according to claim 5, The packing portion,
a body member having a hole into which the cartridge end is inserted;
A protrusion member formed at one end of the body member and formed in close contact with the end of the cartridge inserted into the hole
A fuel cell membrane humidifier comprising a.

The method according to claim 6, The cartridge,
an inner case having an opening formed at the end and accommodating the plurality of hollow fiber membranes;
A potting part to which the distal ends of the plurality of hollow fiber membranes are fixed and to close the opening of the inner case
A fuel cell membrane humidifier comprising a.

8. The method of claim 7,
At least a part of the potting part is located outside the inner case,
The protrusion member is a fuel cell membrane humidifier pressurized to the potting part.

8. The method of claim 7,
The entire potting part is located in the inner case,
The protruding member is a fuel cell membrane humidifier press-contacted to the inner case.

The method according to claim 5, The edge portion,
It has edge wings protruding in both directions,
The edge wing is interposed while filling the groove formed at the end of the mid-case to seal the inside and the outside of the mid-case, and the mid-case and the cap.

6. The method of claim 5,
Each of the packing part and the edge part has a first hardness of 30 to 70 Shore A,
The fuel cell membrane humidifier further comprising a reinforcing member inserted into at least a portion of the packing portion and at least a portion of the edge portion and having a second hardness higher than the first hardness.