KR20230073686A - 복수 개의 중공사막 카트리지를 구비하는 연료전지용 막가습기 - Google Patents

복수 개의 중공사막 카트리지를 구비하는 연료전지용 막가습기 Download PDF

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노한진
이재민
전채영
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Abstract

본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 개구부가 길이방향 양측을 향하는 중공관 형상으로 형성되되 다수 개의 통기공이 측벽에 구비되는 카트리지 하우징과, 길이방향 양단이 상기 카트리지 하우징의 개구부를 향하도록 상기 카트리지 하우징의 내부에 삽입되는 중공사막과, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 외부로 노출되도록 상기 카트리지 하우징의 길이방향 양측 내부공간을 채우는 수지층으로 구성되는 복수 개의 중공사막 카트리지; 상기 복수 개의 중공사막 카트리지가 내부에 설치되되, 상기 통기공과 연통되는 습공기 유입구 및 습공기 유출구와, 상기 중공사막과 연통되는 건조공기 유입구 및 건조공기 유출구가 형성되는 막가습기 하우징; 가장자리가 상기 막가습기 하우징의 길이방향 양측 내측면에 밀착되도록 장착되며, 중심부에 형성된 복수 개의 장착공에 상기 카트리지 하우징의 길이방향 끝단이 삽입되는 한 쌍의 벌크헤드;를 포함하여 구성된다.

Description

복수 개의 중공사막 카트리지를 구비하는 연료전지용 막가습기 {Membrane humidifier having multipl hollow fiber cartridges}
본 발명은 중공사막 카트리지가 내장된 연료전지용 막가습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 중공사막 하우징 내부에 복수 개의 중공사막 카트리지가 착탈 가능한 구조로 장착되는 연료전지용 막가습기에 관한 것이다.
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 2배가량 높다는 장점이 있다. 또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료전지(MCFC), 고체 산화물형 연료전지(SOFC), 및 알칼리형 연료전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다.
이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료전지는 다른 연료전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전 장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료전지의 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 배기가스 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 점에서 유리하다. 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 연료전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
이와 같이 중공사막을 이용하여 가습을 하도록 구성되는 연료전지용 막가습기는 다양한 형태와 구조로 제안되어 왔는데, 종래의 연료전지용 막가습기는 다량의 중공사막과 막가습기 하우징이 수지층에 의해 일체로 결합되는 구조로 구성되므로, 막가습기 조립이 매우 어려워져 생산성이 저하되고, 사용기간이 오래되어 중공사막이 노후화되는 경우 중공사막만을 교체할 수 없으므로 막가습기 전체를 폐기해야 한다는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 연료전지용 막가습기는 하나의 막가습기 하우징 내부에 하나의 중공사막 다발이 내장되어 있으므로 중공사막 다발 중 어느 일부에만 불량이 발생되더라도 일부의 중공사막 다발을 교체할 수 없어 막가습기 전체를 폐기해야 한다는 단점도 있다.
한편, 상기 수지층은 고가의 재료로 이루어지는데, 종래와 같이 막가습기 하우징의 양단 전체를 수지층으로 채우는 경우 제조비용이 매우 높아진다는 단점도 있다. 이외에도, 중공사막을 막가습기 하우징에 결합시키는 수지층은 막가습기 하우징과 열팽창계수가 상이하므로, 수지층 및 막가습기 하우징이 수 회에 걸쳐 가열 및 냉각되었을 때 상기 수지층과 막가습기 하우징 사이가 미세하게 이격되고, 이에 따라 습공기와 건조공기가 직접 만날 수 있어 정상적인 막가습이 이루어지지 못하게 된다는 문제점도 발생된다.
KR 10-2098641 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 복수 개의 중공사막 카트리지가 하나의 막가습기 하우징에 착탈 가능한 구조로 장착되어 조립 및 부품교환을 용이하게 할 수 있고, 수지층이 중공사막 카트리지의 양측만을 채우도록 구성되어 수지층 사용량을 줄일 수 있으며, 습공기 유로와 건조공기 유로의 기밀성이 향상되는 연료전지용 막가습기를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 개구부가 길이방향 양측을 향하는 중공관 형상으로 형성되되 다수 개의 통기공이 측벽에 구비되는 카트리지 하우징과, 길이방향 양단이 상기 카트리지 하우징의 개구부를 향하도록 상기 카트리지 하우징의 내부에 삽입되는 중공사막과, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 외부로 노출되도록 상기 카트리지 하우징의 길이방향 양측 내부공간을 채우는 수지층으로 구성되는 복수 개의 중공사막 카트리지; 상기 복수 개의 중공사막 카트리지가 내부에 설치되되, 상기 통기공과 연통되는 습공기 유입구 및 습공기 유출구와, 상기 중공사막과 연통되는 건조공기 유입구 및 건조공기 유출구가 형성되는 막가습기 하우징; 가장자리가 상기 막가습기 하우징의 길이방향 양측 내측면에 밀착되도록 장착되며, 중심부에 형성된 복수 개의 장착공에 상기 카트리지 하우징의 길이방향 끝단이 삽입되는 한 쌍의 벌크헤드;를 포함하여 구성된다.
상기 카트리지 하우징의 길이방향 중단을 둘러싸도록 돌출되어 상기 막가습기 하우징의 내측면에 밀착되는 돌출리브를 더 포함하고, 상기 통기공은 상기 돌출리브를 기준으로 상기 카트리지 하우징의 길이방향 일측 측벽과 길이방향 타측 측벽에 각각 형성된다.
상기 카트리지 하우징의 길이방향 양단에는 상기 카트리지 하우징의 횡방향으로 돌출되는 걸림턱이 형성되고, 상기 수지층은 상기 걸림턱을 덮도록 상기 카트리지 하우징 내부에 채워진다.
상기 카트리지 하우징의 길이방향 양측에는 상기 걸림턱으로부터 일정 거리 이격된 지점에 카트리지 플랜지가 형성되며, 상기 카트리지 플랜지는 상기 벌크헤드의 내측면에 밀착된다.
상기 카트리지 하우징의 측벽 중 상기 돌출턱과 상기 카트리지 플랜지가 형성된 지점 사이에는 상기 수지층이 채워지는 복수 개의 관통공이 형성된다.
상기 막가습기 하우징은, 상기 막가습기 카트리지가 삽입되는 중공관 형상의 제1 하우징과, 상기 제1 하우징의 길이방향 일측을 덮도록 결합되는 제2 하우징과, 상기 제1 하우징의 길이방향 타측을 덮도록 결합되는 제3 하우징으로 구성된다.
상기 한 쌍의 벌크헤드는, 외측면 중 상기 중공사막 카트리지와 인접한 부위로부터 연장되는 헤드 플랜지를 구비하고, 상기 제2 하우징과 제3 하우징은 상기 헤드 플랜지가 안착되는 플랜지 안착홈을 구비하며, 상기 제1 하우징은 상기 플랜지 안착홈에 안착된 헤드 플랜지를 덮도록 결합된다.
상기 복수 개의 헤드 플랜지와 상기 카트리지 플랜지의 접촉면 사이에 압입되는 복수 개의 오링과, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징과 상기 헤드 플랜지가 만나는 지점에 압입되는 헤드씰과, 상기 제1 하우징과 상기 제3 하우징과 상기 헤드 플랜지가 만나는 지점에 압입되는 헤드씰을 더 포함한다.
상기 복수 개의 오링과 헤드씰은 복수 개의 브릿지에 의해 일체로 연결된다.
상기 벌크헤드의 외측면 중 상기 중공사막 카트리지의 중심부를 향하는 면에는 헤드씰 안착홈과 오링 안착홈과 브릿지 안착홈이 각각 형성된다.
상기 복수 개의 중공사막 카트리지는, 돌출리브가 상호 밀착되는 적층 구조로 배열되며, 상기 제1 하우징의 내측면 중 상기 돌출리브와 대응되는 부위에는, 상호 밀착되도록 적층된 복수 개의 돌출리브가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 중공블록이 형성된다.
본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 복수 개의 중공사막 카트리지가 하나의 막가습기 하우징에 착탈 가능한 구조로 장착되어 있으므로 조립 및 부품교환이 매우 용이해지고, 수지층이 중공사막 카트리지의 양측만을 채우도록 구성되므로 고가의 수지층 사용량을 줄일 수 있어 제조원가를 낮출 수 있으며, 습공기 유로와 건조공기 유로의 기밀성이 향상되므로 가습 효율이 향상된다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도 및 단면사시도이다.
도 3 및 도 4는 중공사막 카트리지의 양단에 벌크헤드가 결합되는 구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 포함되는 카트리지 하우징의 부분사시도이다.
도 6은 벌크헤드를 매개체로 중공사막 카트리지와 막가습기 하우징이 결합되는 구조를 도시하는 수직단면도이다.
도 7은 본 발명에 포함되는 오링 및 헤드씰의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 포함되는 한 쌍의 벌크헤드 사시도이다.
도 9는 본 발명에 포함되는 제1 하우징의 수평단면 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기의 사시도 및 단면사시도이고, 도 3 및 도 4는 중공사막 카트리지의 양단에 벌크헤드가 결합되는 구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 포함되는 카트리지 하우징의 부분사시도이다.
본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는 중공사막(220) 외부를 지나는 습공기의 수분이 중공사막(220) 내부를 지나는 건조공기로 전달되도록 구성되는 가습기의 일종으로서, 중공사막(220)이 막가습기 하우징(100)에 일체로 결합되는 것이 아니라, 막가습기 하우징(100)에 착탈 가능한 구조로 결합되는 중공사막 카트리지(200) 내부에 중공사막(220)이 내장되되, 하나의 막가습기 하우징(100) 내부에 복수 개의 중공사막 카트리지(200)가 장착된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 개구부가 길이방향 양측을 향하는 중공관 형상으로 형성되되 다수 개의 통기공(212)이 측벽에 구비되는 카트리지 하우징(210)과, 길이방향 양단이 상기 카트리지 하우징(210)의 개구부를 향하도록 상기 카트리지 하우징(210)의 내부에 삽입되는 중공사막(220)과, 상기 중공사막(220)의 길이방향 양단이 외부로 노출되도록 상기 카트리지 하우징(210)의 길이방향 양측 내부공간을 채우는 수지층(230)으로 구성되는 복수 개의 중공사막 카트리지(200); 상기 복수 개의 중공사막 카트리지(200)가 내부에 설치되되, 상기 통기공(212)과 연통되는 습공기 유입구(111) 및 습공기 유출구(112)와, 상기 중공사막(220)과 연통되는 건조공기 유입구(121) 및 건조공기 유출구(131)가 형성되는 막가습기 하우징(100); 및 가장자리가 상기 막가습기 하우징(100)의 길이방향 양측 내측면에 밀착되도록 장착되며, 중심부에 형성된 복수 개의 장착공(510)에 상기 카트리지 하우징(210)의 길이방향 끝단이 삽입되는 한 쌍의 벌크헤드(500)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 중공사막 카트리지(200)가 벌크헤드(500)를 결합매개체로 막가습기 하우징(100)에 장착되면, 벌크헤드(500)에 형성되는 장착공(510)의 개수를 증감시킴으로써 장착 가능한 중공사막 카트리지(200)의 개수를 증감시킬 수 있으므로, 막가습기 하우징(100)을 공용으로 사용하면서도 중공사막 카트리지(200)의 규격 및 개수의 자유도를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 이때, 본 실시예에서는 한 쌍의 벌크헤드(500)에 3개의 중공사막 카트리지(200)가 장착되는 경우만을 도시하고 있으나, 한 쌍의 벌크헤드(500)에 장착되는 상기 중공사막 카트리지(200)의 개수는 2개 또는 4개 이상으로 다양한 갯수로 변경될 수 있다.
또한, 중공사막 카트리지(200)의 길이방향 양단이 벌크헤드(500)에 끼워맞춤 방식으로 장착되면, 상기 중공사막 카트리지(200)의 조립이 용이해져 생산성이 향상되고, 중공사막 카트리지(200)의 교체가 간편해지므로 사용이 편리해진다는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 의한 연료전지용 막가습기는, 막가습기 하우징(100)의 길이방향 양측 내부공간을 모두 수지층(230)으로 채우는 것이 아니라 카트리지 하우징(210)의 길이방향 양측 내부공간만을 수지층(230)으로 채우도록 구성되므로, 고가의 수지층(230) 사용량을 현저히 줄일 수 있고, 이에 따라 제품의 제조비용을 절감할 수 있다는 장점도 있다.
한편, 상기 막가습기 하우징(100)은, 길이방향 양측이 개방된 중공관 형상으로 형성되어 상기 막가습기 카트리지가 삽입되는 제1 하우징(110)과, 상기 제1 하우징(110)의 길이방향 일측(본 실시예에서는 좌측)을 덮도록 결합되는 제2 하우징(120)과, 상기 제1 하우징(110)의 길이방향 타측(본 실시예에서는 우측)을 덮도록 결합되는 제3 하우징(130)으로 구성된다. 습공기 유입구(111)와 습공기 유출구(112)는 제1 하우징(110)에 형성되고, 건조공기 유입구(121)는 제2 하우징(120)에 형성되며, 건조공기 유출구(131)는 제3 하우징(130)에 형성된다.
따라서 상기 건조공기 유입구(121)를 통해 제2 하우징(120) 내부로 유입된 건조공기는 중공사막(220) 내부의 유로를 따라 카트리지 하우징(210)을 통과하여 제3 하우징(130) 내부로 전달된 후 건조공기 유출구(131)를 통해 외부로 인출된다(점선화살표 참조). 또한, 습공기 유입구(111)를 통해 제1 하우징(110)의 후방측(본 실시예에서는 우측) 내부로 유입된 습공기는 통기공(212)을 통해 중공사막 카트리지(200) 내부로 인입되어 중공사막(220)의 외표면과 접촉하면서 유동하여 습공기 유출구(112)를 통해 외부로 유출된다.
한편, 상기 카트리지 하우징(210)의 길이방향 중단 외측면에는 상기 막가습기 하우징(100)의 내부공간을 전후로 분할하는 돌출리브(213)가 형성되고, 상기 통기공(212)은 상기 돌출리브(213)를 기준으로 상기 카트리지 하우징(210)의 길이방향 일측 측벽과 길이방향 타측 측벽에 각각 형성된다. 상기 습공기 유입구(111)로 유입된 습공기는 곧바로 습공기 유출구(112)로 배출되는 것이 아니라, 카트리지 하우징(210)의 후방측(본 실시예에서는 우측) 측벽에 형성된 통기공(212)을 통해 카트리지 하우징(210) 내부로 유입되어 전방으로 유동한 후 상기 카트리지 하우징(210)의 전방측(본 실시예에서는 좌측) 측벽에 형성된 통기공(212)을 지나 습공기 유출구(112)로 배출된다.
이와 같이 건조공기가 중공사막(220) 내측면에 접하면서 유동하고 습공기가 중공사막(220) 외측면에 접하면서 유동하게 되면, 상기 습공기 내의 수분이 건조공기로 전달되어 상기 건조공기의 가습이 가능해지는데, 이와 같은 가습원리는 종래의 막가습기와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 막가습기 하우징(100)이 3개의 하우징 즉, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)과 제3 하우징(130)으로 구성되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 막가습기 하우징(100)은 2개의 하우징으로 구성되거나 4개 이상의 하우징으로 구성될 수도 있으며, 하나의 하우징 즉, 단일 하우징 구조로 구성될 수도 있다.
한편, 카트리지 하우징(210)에 결합된 수지층(230)이 상기 카트리지 하우징(210)으로부터 쉽게 탈거되지 아니하도록, 상기 카트리지 하우징(210)에는 걸림턱(214)과 카트리지 플랜지(215)가 구비된다는 점에 또 다른 특징이 있다. 상기 걸림턱(214)은 카트리지 하우징(210)의 길이방향 양단 전체에 걸쳐 형성되되 바깥쪽을 향해(더 명확하게는 카트리지 하우징(210)의 횡방향을 따라 돌출되는 방향을 향해) 돌출되며, 상기 카트리지 플랜지(215)는 걸림턱(214)으로부터 일정 거리 이격된 지점에 형성된다.
이때 상기 걸림턱(214)은 수지층(230)에 완전히 묻히도록 장착되는바, 수지층(230)이 카트리지 하우징(210)의 표면에 고착되지 아니하고 박리되더라도 걸림턱(214)이 파손되지 아니하는 한 상기 수지층(230)은 카트리지 하우징(210)에 결합된 상태를 유지할 수 있게 된다는 장점이 있다.
더 나아가, 상기 카트리지 하우징(210)의 측벽 중 상기 걸림턱(214)과 상기 카트리지 플랜지(215)가 형성된 지점 사이에는 상기 수지층(230)이 채워지는 복수 개의 관통공(216)이 형성될 수도 있다. 상기 수지층(230)은 최초 액상의 상태로 카트리지 하우징(210)과 접촉된 후 경화 과정을 거쳐 카트리지 하우징(210)과 일체로 결합되는데, 상기 언급한 바와 같이 카트리지 하우징(210)의 측벽 중 수지층(230)으로 감싸지는 부위에 관통공(216)이 형성되면, 액상 수지층(230)이 카트리지 하우징(210)에 접촉되는 과정에서 관통공(216)을 채우게 되는바 수지층(230)과 카트리지 하우징(210) 간의 결합강도가 매우 높아지는 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 카트리지 하우징(210)의 길이방향 양측에 형성되는 카트리지 플랜지(215)는 중공사막 카트리지(200)가 벌크헤드(500)에 삽입되는 거리를 한정하기 위한 구성요소로서, 상기 카트리지 플랜지(215)의 안착구조 및 기능에 대해서는 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 벌크헤드(500)를 매개체로 중공사막 카트리지(200)와 막가습기 하우징(100)이 결합되는 구조를 도시하는 수직단면도이고, 도 7은 본 발명에 포함되는 오링(300) 및 헤드씰(400)의 사시도이며, 도 8은 본 발명에 포함되는 한 쌍의 벌크헤드(500) 사시도이고, 도 9는 본 발명에 포함되는 제1 하우징(110)의 수평단면 사시도이다.
상기 중공사막 카트리지(200)는 길이방향 양단이 벌크헤드(500)에 형성된 장착공(510)에 삽입되도록 결합되는데, 이때 상기 중공사막 카트리지(200)의 삽입거리를 제한할 수 있도록 카트리지 하우징(210)의 길이방향 양측에는 카트리지 플랜지(215)가 형성된다. 상기 카트리지 플랜지(215)는 중공사막 카트리지(200)의 끝단이 장착공(510)에 일정 깊이 삽입되었을 때 벌크헤드(500)의 표면(본 실시예에서는 우측표면)에 밀착되는바, 상기 중공사막 카트리지(200)는 더 이상 장착공(510)으로 삽입되지 못하게 된다.
이때, 상기 카트리지 플랜지(215)와 상기 벌크헤드(500)의 접촉면 사이로 공기가 유출되는 현상을 방지할 수 있도록, 상기 카트리지 플랜지(215)와 벌크헤드(500)의 접촉면 사이에는 오링(300)이 압입된다. 상기 오링(300)은 각각의 카트리지 플랜지(215)마다 하나씩 구비되므로, 본 실시예와 같이 3개의 중공사막 카트리지(200)가 장착되는 경우 상기 오링(300)은 총 6개가 필요하게 된다.
또한, 상기 한 쌍의 벌크헤드(500)는 외측면 중 상기 중공사막 카트리지(200)와 인접한 부위로부터 연장되는 헤드플랜지(520)를 구비하고, 상기 제2 하우징(120)과 제3 하우징(130)은 상기 헤드플랜지(520)가 안착되는 플랜지 안착홈을 구비한다. 상기 제1 하우징(110)의 길이방향 끝단은 상기 플랜지 안착홈에 안착된 헤드플랜지(520)를 덮도록 결합되는데, 상기 제1 하우징(110)과 상기 제2 하우징(120)과 상기 헤드플랜지(520)가 만나는 지점과, 상기 제1 하우징(110)과 상기 제3 하우징(130)과 상기 헤드플랜지(520)가 만나는 지점에는 각각 헤드씰(400)이 압입된다.
이와 같이 3개의 구성요소가 만나는 지점에 헤드씰(400)이 구비되면, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120) 사이, 제1 하우징(110)과 헤드씰(400) 사이, 제2 하우징(120)과 헤드씰(400) 사이가 한 번에 씰링되므로, 막가습기 하우징(100)의 부품수 절감 및 내부구성 단순화가 가능해진다는 장점이 있다.
이때, 본 실시예에서는 제1 하우징(110)이 제2 하우징(120)의 플랜지 안착홈에 안착된 헤드플랜지(520)를 덮도록 결합되는 구조만을 도시하고 있으나, 제1 하우징(110)이 제3 하우징(130)의 플랜지 안착홈에 안착된 헤드플랜지(520)를 덮도록 결합되는 구조는 도 6과 비교하였을 때 방향만 반대를 이룰 뿐 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때, 오링(300)과 헤드씰(400)이 각각 별도의 구성요소로 제작되어 설치되면, 오링(300)의 설치와 헤드씰(400)의 설치를 각각 개별적으로 수행해야 하는바, 제품 조립에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 오링(300)을 설치하는 동안 헤드씰(400)의 위치가 변동되고 헤드씰(400)을 설치하는 동안 오링(300)의 위치가 변동되어 조립 불량 문제가 발생될 수 있다. 따라서 상기 3개의 오링(300)과 하나의 헤드씰(400)은 본 실시예에 도시된 바와 같이 복수 개의 브릿지(410)에 의해 일체로 연결됨이 바람직하다. 물론, 하나의 막가습기 하우징(100) 내부에 2개의 중공사막 카트리지(200)가 장착되는 경우에는 2개의 오링(300)과 하나의 헤드씰(400)이 브릿지(410)로 연결되고, 하나의 막가습기 하우징(100) 내부에 4개의 중공사막 카트리지(200)가 장착되는 경우에는 4개의 오링(300)과 하나의 헤드씰(400)이 브릿지(410)로 연결되어야 할 것이다. 즉, 하나의 헤드씰(400)에 브릿지(410)로 연결되는 오링(300)의 개수는 중공사막 카트리지(200)의 장착 갯수에 따라 설정된다.
이때, 상기 헤드씰(400)과 오링(300)과 브릿지(410)가 안정적으로 벌크헤드(500)에 안착될 수 있도록, 상기 벌크헤드(500)의 외측면 중 상기 중공사막 카트리지(200)의 중심부를 향하는 면에는 헤드씰 안착홈(530)과 오링 안착홈(540)과 브릿지 안착홈(550)이 각각 형성됨이 바람직하다.
한편, 상기 복수 개의 중공사막 카트리지(200)는 돌출리브(213)가 상호 밀착되는 적층 구조로 배열되어 막가습기 하우징(100) 내부에 장착되는데, 본 실시예에 도시된 바와 같이 돌출리브(213)의 횡단면이 타원형으로 형성되고 제1 하우징(110)의 내측면이 평면을 이루도록 형성되면, 돌출리브(213)의 외측면과 제1 하우징(110)의 내측면 사이가 밀폐되지 아니할 수 있다.
따라서 상기 제1 하우징(110)의 내측면 중 상기 돌출리브(213)와 대응되는 부위에는, 상호 밀착되도록 적층된 복수 개의 돌출리브(213)가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 중공블록(113)이 형성됨이 바람직하다. 상기 중공블록(113)의 내측면은 돌출리브(213)와 형합하는 형상으로 형성되는바, 돌출리브(213)가 끼워맞춤 방식으로 중공블록(113)에 삽입되었을 때 상기 돌출리브(213)의 외측면이 중공블록(113)의 내측면에 완전히 압착되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
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.
100 : 막가습기 하우징 110 : 제1 하우징
111 : 습공기 유입구 112 : 습공기 유출구
113 : 중공블록 120 : 제2 하우징
121 : 건조공기 유입구 122 : 플랜지 안착홈
130 : 제3 하우징 131 : 건조공기 유출구
200 : 중공사막 카트리지 210 : 카트리지 하우징
212 : 통기공 213 : 돌출리브
214 : 걸림턱 215 : 카트리지 플랜지
216 : 관통공 220 : 중공사막
230 : 수지층 300 : 오링
400 : 헤드씰 410 : 브릿지
500 : 벌크헤드 510 : 장착공
520 : 헤드플랜지 530 : 헤드씰 안착홈
540 : 오링 안착홈 550 : 브릿지 안착홈

Claims (11)

  1. 개구부가 길이방향 양측을 향하는 중공관 형상으로 형성되되 다수 개의 통기공이 측벽에 구비되는 카트리지 하우징과, 길이방향 양단이 상기 카트리지 하우징의 개구부를 향하도록 상기 카트리지 하우징의 내부에 삽입되는 중공사막과, 상기 중공사막의 길이방향 양단이 외부로 노출되도록 상기 카트리지 하우징의 길이방향 양측 내부공간을 채우는 수지층으로 구성되는 복수 개의 중공사막 카트리지;
    상기 복수 개의 중공사막 카트리지가 내부에 설치되되, 상기 통기공과 연통되는 습공기 유입구 및 습공기 유출구와, 상기 중공사막과 연통되는 건조공기 유입구 및 건조공기 유출구가 형성되는 막가습기 하우징;
    가장자리가 상기 막가습기 하우징의 길이방향 양측 내측면에 밀착되도록 장착되며, 중심부에 형성된 복수 개의 장착공에 상기 카트리지 하우징의 길이방향 끝단이 삽입되는 한 쌍의 벌크헤드;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 카트리지 하우징의 길이방향 중단을 둘러싸도록 돌출되어 상기 막가습기 하우징의 내측면에 밀착되는 돌출리브를 더 포함하고,
    상기 통기공은 상기 돌출리브를 기준으로 상기 카트리지 하우징의 길이방향 일측 측벽과 길이방향 타측 측벽에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 카트리지 하우징의 길이방향 양단에는 상기 카트리지 하우징의 횡방향으로 돌출되는 걸림턱이 형성되고,
    상기 수지층은 상기 걸림턱을 덮도록 상기 카트리지 하우징 내부에 채워지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 카트리지 하우징의 길이방향 양측에는 상기 걸림턱으로부터 일정 거리 이격된 지점에 카트리지 플랜지가 형성되며, 상기 카트리지 플랜지는 상기 벌크헤드의 내측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 카트리지 하우징의 측벽 중 상기 돌출턱과 상기 카트리지 플랜지가 형성된 지점 사이에는 상기 수지층이 채워지는 복수 개의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 막가습기 하우징은,
    상기 막가습기 카트리지가 삽입되는 중공관 형상의 제1 하우징과, 상기 제1 하우징의 길이방향 일측을 덮도록 결합되는 제2 하우징과, 상기 제1 하우징의 길이방향 타측을 덮도록 결합되는 제3 하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 한 쌍의 벌크헤드는, 외측면 중 상기 중공사막 카트리지와 인접한 부위로부터 연장되는 헤드 플랜지를 구비하고,
    상기 제2 하우징과 제3 하우징은, 상기 헤드 플랜지가 안착되는 플랜지 안착홈을 구비하며,
    상기 제1 하우징은 상기 플랜지 안착홈에 안착된 헤드 플랜지를 덮도록 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수 개의 헤드 플랜지와 상기 카트리지 플랜지의 접촉면 사이에 압입되는 복수 개의 오링과,
    상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징과 상기 헤드 플랜지가 만나는 지점에 압입되는 헤드씰과,
    상기 제1 하우징과 상기 제3 하우징과 상기 헤드 플랜지가 만나는 지점에 압입되는 헤드씰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수 개의 오링과 헤드씰은 복수 개의 브릿지에 의해 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 벌크헤드의 외측면 중 상기 중공사막 카트리지의 중심부를 향하는 면에는 헤드씰 안착홈과 오링 안착홈과 브릿지 안착홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수 개의 중공사막 카트리지는, 상기 돌출리브가 상호 밀착되는 적층 구조로 배열되며,
    상기 제1 하우징의 내측면 중 상기 돌출리브와 대응되는 부위에는, 상호 밀착되도록 적층된 복수 개의 돌출리브가 끼워맞춤 방식으로 삽입되는 중공블록이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 막가습기.
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