WO2021107668A1 - 연료전지용 가습기 - Google Patents

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WO2021107668A1
WO2021107668A1 PCT/KR2020/017045 KR2020017045W WO2021107668A1 WO 2021107668 A1 WO2021107668 A1 WO 2021107668A1 KR 2020017045 W KR2020017045 W KR 2020017045W WO 2021107668 A1 WO2021107668 A1 WO 2021107668A1
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cartridge
soft
fuel cell
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PCT/KR2020/017045
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안웅전
오영석
김인호
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코오롱인더스트리 주식회사
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a humidifier for a fuel cell for supplying humidified gas to the fuel cell.
  • fuel cells can produce electricity continuously as long as hydrogen and oxygen are supplied, and there is no heat loss, so the efficiency is twice that of internal combustion engines.
  • the fuel cell has the advantage of being environmentally friendly and reducing concerns about resource depletion due to increased energy consumption.
  • PEMFC Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
  • PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell
  • MCFC Molten Carbonate Fuel Cell
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • AFC Alkaline Fuel Cell
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cell
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cell
  • MEA membrane-electrode assembly
  • 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
  • a direct injection method in which moisture is calculated and directly supplying moisture to a gas flow pipe through a solenoid valve
  • 3) a humidification membrane method in which moisture is supplied to a fluidized bed of gas using a polymer membrane.
  • 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 humidifier can be reduced in weight and size.
  • 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 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 fuel cell can be sufficiently humidified even with a small capacity, low-cost materials can be used, and the fuel cell discharges at high temperature. It has the advantage that it can be reused through a humidifier by recovering moisture and heat contained in the off-gas.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a conventional fuel cell humidifier.
  • the humidifier 100 of the conventional membrane humidification method is a humidification module 110 in which moisture exchange occurs between the air supplied from the outside and the exhaust gas discharged from the fuel cell stack (not shown) and the humidification. It includes caps 120 coupled to both ends of the module 110 .
  • One of the caps 120 transfers air supplied from the outside to the humidification module 110 , and the other transfers air humidified by the humidification module 110 to the fuel cell stack.
  • the humidification module 110 is a mid-case having an off-gas inlet 111a and an off-gas outlet 111b, and the mid-case 111 and the mid-case ( It includes a plurality of hollow fiber membranes 112 in 111). Both ends of the bundle of the hollow fiber membranes 112 are potted in the fixing layer 113 .
  • the fixing layer 113 is generally formed by curing a liquid polymer such as a liquid polyurethane resin through a casting method.
  • the inner spaces of the caps 120 only communicate with the hollows of the hollow fiber membranes 112 and must be completely blocked from the inner space of the mid-case 111 . Otherwise, air leakage occurs due to the pressure difference, so that the amount of humidified air supplied to the fuel cell stack is reduced and the power generation efficiency of the fuel cell is deteriorated.
  • the resin layer 114 is generally formed by curing a liquid polymer such as a liquid polyurethane resin through a casting method.
  • the present invention has been devised to solve the above-described problems, and to provide a humidifier for a fuel cell capable of preventing a decrease in productivity of the humidifier due to formation of a resin layer through a casting process.
  • the present invention may include the following configuration.
  • a humidifier for a fuel cell according to the present invention includes a humidification module for humidifying dry gas supplied from the outside using the wet gas discharged from the fuel cell stack; and a first cap coupled to one end of the humidifying module.
  • the humidification module is a mid-case; and at least one cartridge disposed in the mid-case and accommodating a plurality of hollow fiber membranes.
  • the humidifier for a fuel cell according to the present invention is a first packing member that is airtightly coupled to at least one end of the humidification module through mechanical assembly so that the first cap can only communicate with the hollow fiber membranes in fluid communication. may further include.
  • the first packing member may include a first soft member in contact with each of the cartridge and the mid-case, and a first hard member coupled to the first soft member.
  • the first soft member may include a first insertion groove into which the first hard member is inserted.
  • the cartridge and the mid-case may be deformed to extend in a direction spaced apart from each other to bring the first soft member into close contact with the cartridge.
  • the present invention is implemented so that the casting process for sealing the inner space of the cap and the inner space of the mid-case can be omitted. Accordingly, the present invention can increase productivity by shortening the process time for production.
  • the present invention is implemented by providing a packing member in which the hard member and the soft member are combined, so that the soft member can be brought into close contact with the cartridge through deformation of the hard member. Therefore, the present invention can improve the humidification performance by strengthening the sealing force between the mid-case and the cartridge.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a conventional fuel cell humidifier
  • FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of a humidifier for a fuel cell according to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic exploded cross-sectional view showing a fuel cell humidifier according to the present invention taken along line I-I of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the fuel cell humidifier according to the present invention taken along line I-I of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion A of FIG. 4 ;
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an exploded state of the first packing member on the basis of the line I-I of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an expanded state of the first hard member with respect to FIG. 5;
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the first soft member is provided with a first support member with reference to FIG. 5;
  • FIG. 9 is a schematic exploded perspective view of an embodiment in which two cartridges are coupled to a mid-case in the humidifier for a fuel cell according to the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged conceptual view showing the disassembled state of the first packing member and the second packing member based on the line II-II of FIG.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged view of the first packing member and the second packing member coupled to the mid-case and the cartridges based on the line II-II of FIG.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an expanded state of the second hard member with respect to FIG. 11 ;
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the second soft member is provided with second support members based on FIG. 11 ;
  • FIG. 14 is a schematic exploded perspective view of an embodiment in which three cartridges are coupled to a mid-case in the humidifier for a fuel cell according to the present invention
  • the humidifier 1 for a fuel cell according to the present invention is for humidifying the dry gas supplied from the outside using the wet gas discharged from the fuel cell stack (not shown).
  • the drying gas may be fuel gas or air.
  • the dry gas may be supplied to the fuel cell stack after being humidified by the wet gas.
  • a fuel cell humidifier (1) includes a humidifying module (2) for humidifying a gas, and a first cap (3) coupled to one end of the humidifying module (2).
  • the humidification module 2 includes a cartridge 21 to which a plurality of hollow fiber membranes 211 are coupled, a mid-case 22 to which the cartridge 21 is coupled, and the cartridge 21 .
  • the mid-case 22 is disposed between the cartridge 21 and the mid-case 22 includes a first packing member 23 for sealing.
  • the first packing member 23 may seal between the cartridge 21 and the mid-case 22 through coupling without a casting process. Accordingly, the first packing member 23 may seal the inner space of the first cap 3 and the inner space of the mid-case 22 . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the casting process, which requires a relatively long process time, can be omitted, and thus productivity can be increased by shortening the process time for production.
  • the humidification module 2 humidifies the dry gas supplied from the outside using the wet gas discharged from the fuel cell stack.
  • the first cap 3 may be coupled to one end of the humidification module 2 .
  • a second cap 4 may be coupled to the other end of the humidification module 2 .
  • the first cap 3 may deliver the dry gas supplied from the outside to the humidification module 2 .
  • the second cap 4 may deliver the dry gas humidified by the humidification module 2 to the fuel cell stack.
  • the second cap 4 transfers the dry gas supplied from the outside to the humidification module 2
  • the first cap 3 transfers the dry gas humidified by the humidification module 2 to the fuel cell stack. can also be passed to
  • the humidification module 2 includes the cartridge 21 , the mid-case 22 , and the first packing member 23 .
  • the cartridge 21 includes a plurality of the hollow fiber membrane 211 .
  • the hollow fiber membranes 211 may be implemented as the cartridge 21 to be modularized. Accordingly, through the process of coupling the cartridge 21 to the mid-case 22 , the hollow fiber membranes 211 may be installed inside the mid-case 22 . Accordingly, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention can improve the ease of installation, separation, and replacement of the hollow fiber membranes 211 .
  • the cartridge 21 may include an inner case 210 accommodating the hollow fiber membranes 211 .
  • the hollow fiber membranes 211 may be modularized by being disposed inside the inner case 210 .
  • the hollow fiber membranes 211 include polysulfone resin, polyethersulfone resin, sulfonated polysulfone resin, polyvinylidene fluoride (PVDF) resin, polyacrylonitrile (PAN) resin, polyimide resin, polyamideimide resin, It may include a polymer film formed of a polyester imide resin, or a mixture of two or more thereof.
  • the cartridge 21 may include a first potting part 212 .
  • the first potting part 212 fixes the hollow fiber membranes 211 .
  • the first potting part 212 may fix one side of the hollow fiber membranes 211 .
  • the first potting part 212 may be formed so as not to block the hollowness of the hollow fiber membranes 211 .
  • the first potting part 212 may be formed by curing a liquid resin such as a liquid polyurethane resin through a casting process.
  • the first potting part 212 may fix one side of the inner case 210 and the hollow fiber membranes 211 .
  • the cartridge 21 may include a second potting part 213 .
  • the second potting part 213 fixes the other side of the hollow fiber membranes 211 .
  • the second potting part 213 may be formed so as not to block the hollows of the hollow fiber membranes 211 . Accordingly, the gas to be supplied to the fuel cell stack is supplied into the hollows of the hollow fiber membranes 211 without being disturbed by the second potting part 213 and the first potting part 212 and after being humidified, the fuel cell Can be supplied in stacks.
  • the second potting part 213 may be formed by curing a liquid resin such as a liquid polyurethane resin through a casting process. The second potting part 213 may fix the inner case 210 and the other side of the hollow fiber membranes 211 .
  • the mid-case 22 is to which the cartridge 21 is coupled.
  • the cartridge 21 may be disposed inside the mid-case 22 so that a space is provided between the inner surface of the mid-case 22 and the outer surface of the cartridge 21 .
  • the mid-case 22 may include an inlet 221 and an outlet 222 .
  • the wet gas containing moisture may be supplied to the inside of the mid-case 22 through the inlet 221 and then contact the outer surfaces of the hollow fiber membranes 211 . In this process, moisture contained in the wet gas penetrates the hollow fiber membranes 211 , thereby humidifying the gas flowing along the hollows of the hollow fiber membranes 211 .
  • the humidified gas may be supplied to the fuel cell stack after being discharged from the hollow fiber membranes 211 . After humidifying the gas, the wet gas may flow out of the mid-case 22 through the outlet 222 .
  • the inlet 221 may be connected to the fuel cell stack. In this case, the wet gas may be off-gas discharged from the fuel cell stack.
  • the cartridge 21 has an inlet hole (not shown) through which the wet gas flows, and an outlet hole (not shown) through which the wet gas after humidifying the gas flowing along the hollows of the hollow fiber membranes 211 is humidified. ) can be formed.
  • the wet gas is supplied between the inner surface of the mid-case 22 and the outer surface of the cartridge 21 through the inlet 221, and is supplied into the cartridge 21 through the inlet hole, After humidifying the gas flowing along the hollow of the hollow fiber membranes 211, it flows out between the inner surface of the mid-case 22 and the outer surface of the cartridge 21 through the outlet hole, and the outlet 222 through the It may flow out of the mid-case 22 .
  • the first packing member 23 seals between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first packing member 23 may be airtightly coupled to at least one end of the humidification module 2 through mechanical assembly. Accordingly, the first packing member 23 allows the first cap 3 to be in fluid communication with only the hollow fiber membranes 211 . Accordingly, the first packing member 23 may prevent direct mixing of the gas to be supplied to the fuel cell stack and the wet gas supplied to the inside of the mid-case 22 .
  • the first packing member 23 may be inserted between the cartridge 21 and the mid-case 22 . In this case, the cartridge 21 may be inserted into the first through hole 23a formed in the first packing member 23 .
  • the first packing member 23 may contact the inner wall of the mid-case 22 , the outer wall of the cartridge 21 , and the first potting part 212 , respectively. Through this contact, the first packing member 23 can be airtightly coupled to one end of the humidification module (2). In this case, the first packing member 23 may contact a portion of the inner wall of the mid-case 22 , a portion of the outer wall of the cartridge 21 , and a portion of the first potting part 212 , respectively.
  • the humidifier 1 for a fuel cell according to the present invention may include a plurality of the first packing members 23 .
  • the first packing members 23 and 23 ′ may be airtightly coupled to both ends of the humidifying module 2 , respectively.
  • the first packing members 23 and 23 ′ may be disposed on both sides of the cartridge 21 .
  • the first packing member 23 ′ contacts the inner wall of the mid-case 22 , the outer wall of the cartridge 21 , and the second potting part 213 , respectively, and thereby the other end of the humidification module 2 .
  • the first packing member 23 ′ may contact a portion of the inner wall of the mid-case 22 , a portion of the outer wall of the cartridge 21 , and a portion of the second potting part 213 , respectively. . Since the first packing members 23 and 23 ′ are implemented in the same structure only with different positions, the description will be based on the first packing member 23 disposed at one end of the humidification module 2 . From this, deriving the first packing member 23' disposed at the other end of the humidifying mound 2 is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains.
  • the first packing member 23 may include a first soft member 231 and a first hard member 232 .
  • the first soft member 231 is in contact with each of the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first soft member 231 may be formed of a material capable of elastic deformation.
  • the first soft member 231 may be formed of rubber.
  • the first soft member 231 may be formed in a ring shape to seal between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first soft member 231 may include a first insertion groove 231a (shown in FIG. 6 ).
  • the first hard member 232 may be inserted into the first insertion groove 231a.
  • the first insertion groove 231a may be formed on a surface of the first soft member 231 facing the first cap 3 .
  • the first insertion groove 231a may be formed in a ring shape.
  • the first hard member 232 is coupled to the first soft member 231 .
  • the first hard member 232 may be inserted into the first insertion groove 231a.
  • the first hard member 232 includes the cartridge 21 and the mid-case ( 22 ) is deformed to extend in a direction spaced apart from each other (X-axis direction), so that the first soft member 231 can be brought into close contact with the cartridge 21 . Accordingly, the first hard member 232 may strengthen the sealing force between the first soft member 231 and the cartridge 21 .
  • first soft member 231 positioned between the first hard member 232 and the cartridge 21 may be elastically deformed and compressed by the first hard member 232 .
  • first hard member 232 When the first hard member 232 is extended in the separation direction (X-axis direction), a partial view of the first soft member 231 positioned between the first hard member 232 and the mid-case 22 By being elastically deformed and compressed, it may be in close contact with the mid-case 22 .
  • the first hard member 232 may be formed in a ring shape corresponding to the first insertion groove 231a.
  • the first hard member 232 may be plastically deformed to extend in the separation direction (X-axis direction). Accordingly, the first hard member 232 may be maintained in a state in which the first soft member 231 is in close contact with the cartridge 21 . Also, the first hard member 232 may be maintained in a state in which the first soft member 231 is in close contact with the mid-case 22 . Accordingly, the first packing member 23 may be firmly maintained in a sealed state between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first hard member 232 may be formed of a material capable of plastic deformation. For example, the first hard member 232 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the first hard member 232 may include a first outer wall member 2321 , a first connecting member 2322 , and a first pressing member 2323 .
  • the first outer wall member 2321 is disposed to face the mid-case 22 .
  • the first outer wall member 2321 may be deformed toward the mid-case 22 . Accordingly, the first outer wall member 2321 adheres to the mid-case 22 a portion of the first soft member 231 positioned between the first hard member 232 and the mid-case 22 . can do it
  • the first connecting member 2322 connects the first outer wall member 2321 and the first pressing member 2323 .
  • the first connecting member 2322 , the first outer wall member 2321 , and the first pressing member 2323 may be integrally formed.
  • the first pressing member 2323 is disposed to face the cartridge 21 .
  • the first pressing member 2323 may be deformed toward the cartridge 21 . Accordingly, the first pressing member 2323 may press the portion of the first soft member 231 positioned between the first hard member 232 and the cartridge 21 to be in close contact with the cartridge 21 . have.
  • a first expansion groove 232a may be disposed between the first pressing member 2323 and the first outer wall member 2321 .
  • an expansion mechanism (not shown) may be inserted into the first expansion groove 232a.
  • the first pressing member 2323 is deformed toward the cartridge 21 to press the first soft member 231 toward the cartridge 21. can do. Therefore, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the first packing member 23 can be installed in a state in which the first hard member 232 is not expanded, so that The ease of installation work can be improved.
  • the first soft member 232 is easily expanded by using the expansion mechanism after the first packing member 23 is installed.
  • the expansion mechanism may be a tool capable of expanding the first hard member 232 in the separation direction (X-axis direction) as it is inserted into the first expansion groove 231a.
  • the portion inserted into the first expansion groove 231a may be formed in such a way that its size decreases as it extends toward the insertion direction into the first expansion groove 231a.
  • the expansion mechanism may deform the first outer wall member 2321 toward the mid-case 22 while being inserted into the first expansion groove 232a.
  • the first pressing member 2323 may be formed to have a greater thickness than that of the first outer wall member 2321 . Accordingly, the first pressing member 2323 may be plastically deformed toward the cartridge 21 , so that the first soft member 231 may be more firmly maintained in close contact with the cartridge 21 . Accordingly, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention is implemented to further strengthen the sealing force between the first packing member 23 and the cartridge 21 .
  • the first packing member 23 is connected to the mid-case 22 and the There is a possibility that it is inserted too deeply between the cartridges 21 .
  • the first soft member 231 may be coupled to the mid-case 22 in a hooking manner. The structure of the first soft member 231 will be described in detail as follows.
  • the first soft member 231 may include a first soft body 2311 , an extension member 2312 , a locking groove 2313 , and a locking member 2314 .
  • the first soft body 2311 is a portion disposed between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first insertion groove 231a may be formed in the first soft body 2311 .
  • the first pressing member 2323 is located between the first hard member 232 and the cartridge 21. 1 It is possible to press the part of the soft body (2311).
  • the first outer wall member 2321 may press a portion of the first soft body 2311 positioned between the first hard member 232 and the mid-case 22 .
  • the extension member 2312 extends from the first soft body 2311 toward the mid-case 22 .
  • the extension member 2312 may be supported by the mid-case 22 .
  • the extension member 2312 may connect the locking member 2314 and the first soft body 2311 .
  • the extension member 2312 , the locking member 2314 , and the first soft body 2311 may be integrally formed.
  • the locking groove 2313 is formed in the extension member 2312 .
  • the locking groove 2313 may be disposed between the first soft body 2311 and the locking member 2314 .
  • the mid-case 22 may be inserted into the locking groove 2313 .
  • the engaging member 2314 is coupled to the extension member 2312 .
  • the locking member 2314 may be disposed outside the mid-case 22 inserted into the locking groove 2313 .
  • the mid-case 22 may be disposed between the engaging member 2314 and the first soft body 2311 .
  • the fuel cell humidifier 1 can improve the stability of the operation of attaching the first soft member 231 to the cartridge 21 through the deformation of the first hard member 232 . .
  • the first soft member 231 may include a first support member 2315 .
  • the first support member 2315 protrudes toward the first potting part 212 of the cartridge 21 .
  • the first support member 2315 may be supported by the first potting part 212 . Accordingly, in the process of deforming the first hard member 232, the first support member 2315 is supported by the first potting part 212, so that the first packing member 23 is formed in the mid-case ( 22) and the insertion depth between the cartridge 21 can be limited.
  • the first support member 2315 may protrude from the first soft body 2311 .
  • the first support member 2315 may protrude to a length that does not block the hollowness of the hollow fiber membranes 211 coupled to the first potting part 212 .
  • the first support member 2315 and the first soft body 2311 may be integrally formed.
  • the first soft member 231 may include a first reinforcing member 2316 .
  • the first reinforcing member 2316 may be disposed inside the first soft body 2311 .
  • the first reinforcing member 2316 may be formed of a material having greater rigidity than that of the first soft body 2311 .
  • the first reinforcing member 2316 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the first reinforcing member 2316 may be implemented to be disposed inside the first soft body 2311 through insert molding.
  • the first cap 3 is coupled to one end of the humidification module 2 .
  • the space between the first cap 3 and the cartridge 21 may be sealed with respect to the space between the cartridge 21 and the mid-case 22 by the first packing member 23 . .
  • the first cap 3 may include a first pressing member 31 .
  • the first pressing member 31 may press the extension member 2312 toward the mid-case. Accordingly, the first pressing member 31 may further strengthen the fixing force for maintaining the first packing member 23 in a sealed state between the cartridge 21 and the mid-case 22 . .
  • the second cap 4 is coupled to the other end of the humidification module 2 .
  • the space between the second cap 4 and the cartridge 21 may be sealed with respect to the space between the cartridge 21 and the mid-case 22 by the first packing member 23 ′.
  • the first packing member 23 ′ is substantially identical to that described in the above-described first packing member 23 , a detailed description thereof will be omitted.
  • the humidifier 1 for a fuel cell according to the present invention may be implemented such that a plurality of the cartridges 21 are coupled to the mid-case 22 .
  • the mid-case 22 may include a partition member (not shown) disposed between the cartridges 21 and 21'.
  • the cartridges 21 and 21 ′ are disposed between the partition wall members so that they can be individually and detachably coupled to the mid-case 22 .
  • the cartridges 21 and 21 ′ shown in FIGS. 11 to 13 each include a plurality of hollow fiber membranes, but the hollow fiber membranes are omitted.
  • the humidification module 2 may include a second packing member 24 .
  • the second packing member 24 is disposed between the cartridges 21 and 21' to seal between the cartridges 21 and 21'.
  • the second packing member 24 may prevent direct mixing of the gas to be supplied to the fuel cell stack and the wet gas supplied between the cartridges 21 and 21 ′.
  • the fuel cell humidifier 1 according to the present invention may include a plurality of the second packing members 24 .
  • the second packing members 24 and 24' may be disposed on both sides of the cartridges 21 and 21', respectively. Since the second packing members 24 and 24' are implemented in the same structure with only a different position, the description is based on the second packing member 24 disposed on one side of the cartridges 21 and 21'. do. From this, deriving the second packing member 24' disposed on the other side of the cartridges 21 and 21' is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains.
  • the second packing member 24 may include a second soft member 241 and a second hard member 242 .
  • the second soft member 241 is in contact with each of the cartridges 21 and 21'.
  • the second soft member 241 may be formed of a material capable of elastic deformation.
  • the second soft member 241 may be formed of rubber.
  • the second soft member 241 may include a second insertion groove 241a (shown in FIG. 10 ).
  • the second hard member 242 may be inserted into the second insertion groove 241a.
  • the second insertion groove 241a may be formed on a surface of the second soft member 241 facing the first cap 3 .
  • the second hard member 242 is coupled to the second soft member 241 .
  • the second hard member 242 may be inserted into the second insertion groove 241a.
  • the second hard member 242 is the cartridges 21 and 21 ′.
  • the second soft member 241 By being deformed to extend in the spaced apart direction (X-axis direction), the second soft member 241 can be brought into close contact with the cartridges 21 and 21 ′. Accordingly, the second hard member 242 may strengthen the sealing force between the second soft member 241 and the cartridges 21 and 21'.
  • a portion of the second soft member 241 positioned between the second hard member 242 and the cartridge 21 may be elastically deformed and compressed by the second hard member 242 .
  • a portion of the second soft member 241 positioned between the second hard member 242 and the cartridge 21 ′ may be elastically deformed and compressed by the second hard member 242 .
  • the second hard member 242 may be plastically deformed to expand in the separation direction (X-axis direction). Accordingly, the second hard member 242 may be maintained in a state in which the second soft member 241 is in close contact with the cartridges 21 and 21 ′. Accordingly, the second packing member 24 may be firmly maintained in a sealed state between the cartridges 21 and 21'.
  • the second hard member 242 may be formed of a material capable of plastic deformation.
  • the second hard member 242 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the second hard member 242 may include a second connecting member 2421 and a plurality of second pressing members 2422 and 2422'.
  • the second connecting member 2421 connects the second pressing members 2422 and 2422'.
  • the second connecting member 2421 and the second pressing members 2422 and 2422' may be integrally formed.
  • the second pressing members 2422 and 2422' are arranged to face the cartridges 21 and 21'.
  • the second hard member 242 When the second hard member 242 is extended in the separation direction (X-axis direction), the second pressing members 2422 and 2422' may be deformed toward the cartridges 21 and 21'. Accordingly, the second pressing members 2422 and 2422' press a portion of the second soft member 241 located between the cartridges 21 and 21' to press the cartridges 21 and 21'. can be adhered to.
  • a second expansion groove 242a may be disposed between the second pressing members 2422 and 2422'.
  • the second The expansion mechanism may be inserted into the expansion groove 242a.
  • the second pressing members 2422 and 2422' are deformed toward the cartridges 21 and 21' and the second soft member 241. can be pressed toward the cartridges 21 and 21'.
  • the second packing member 24 since the second packing member 24 can be installed in a state in which the second hard member 242 is not expanded, the second packing member 24 is The ease of installation work can be improved.
  • the second hard member 242 is easily expanded using the expansion mechanism, so that the second soft By bringing the member 241 into close contact with the cartridges 21 and 21', the easiness of the operation of strengthening the sealing force may be improved.
  • the second hard member 242 may be formed to have a greater thickness than the first hard member 232 .
  • An average thickness of the entire second hard member 242 may be thicker than an average thickness of the entire first hard member 232 .
  • each of the second pressing members 2422 and 2422 ′ may be formed to have a greater thickness than that of the first outer wall member 2321 .
  • Each of the second pressing members 2422 and 2422 ′ may be formed to have the same thickness as the first pressing member 2323 . Accordingly, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention is implemented to further strengthen the sealing force between the second packing member 24 and the cartridges 21 and 21'.
  • the second soft member 241 and the first soft member 231 may be integrally formed. Accordingly, the second soft member 241 and the first soft member 231 may be installed through one insertion operation. In this case, the second hard member 242 and the first hard member 232 may be separately manufactured.
  • the second packing member 24 is inserted into the cartridges 21 . , 21') may be inserted too deeply.
  • the second soft member 241 may include a plurality of second support members 2412 and 2412 ′ protruding from the second connection body 2411 .
  • the second soft body 2411 is a portion disposed between the cartridges (21, 21').
  • the second insertion groove 241a may be formed in the second soft body 2411 .
  • the second support members 2412 and 2412' protrude toward the first potting parts 212 and 212' of the cartridges 21 and 21'.
  • the second support members 2412 and 2412' may be supported by the first potting parts 212 and 212'. Accordingly, in the process of deforming the second hard member 242 , the second support members 2412 and 2412 ′ are supported by the first potting parts 212 and 212 ′, so that the second packing member 24 is supported. ) may limit the depth to be inserted between the cartridges (21, 21').
  • the second support members 2412 and 2412 ′ may protrude from both sides of the second soft body 2411 .
  • the second support members 2412 and 2412' may protrude to a length that does not block the hollowness of the hollow fiber membranes 211 (shown in FIG. 8) coupled to the first potting parts 212 and 212'.
  • the second support members 2412 and 2412 ′ and the second soft body 2411 may be integrally formed.
  • the second soft member 241 may include a second reinforcing member 2413 .
  • the second reinforcing member 2413 may be disposed inside the second soft body 2411 .
  • the second reinforcing member 2413 may be formed of a material having greater rigidity than that of the second soft body 2411 .
  • the second reinforcing member 2413 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the second reinforcing member 2413 may be implemented to be disposed inside the second soft body 2411 through insert molding.
  • the fuel cell humidifier 1 according to the present invention is The mid-case 22 may be implemented such that the three cartridges 21, 21', 21" are coupled.
  • two second packing members 24 ′ may be provided on the other side of the humidifying module 2.
  • the fuel cell humidifier 1 according to the present invention includes the mid-case 22 ) may be implemented to be coupled to four or more cartridges 21. In this case, the number of second packing members 24 as the number of cartridges 21 coupled to the mid-case 22 increases as the number of cartridges 21 increases. may increase.

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Abstract

본 발명은 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈; 및 상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡을 포함하되, 상기 가습 모듈은 미드-케이스; 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 복수의 중공사막들을 수용하는 적어도 하나의 카트리지;를 포함하고, 연료전지용 가습기는, 상기 제1 캡이 상기 중공사막들과만 유체 연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 적어도 일단에 기밀하게 결합되는(Air tightly coupled) 제1 패킹부재를 더 포함하는 연료전지용 가습기에 관한 것이다.

Description

연료전지용 가습기
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 유입구(off-gas inlet)(111a)와 배가스 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.
외부로부터 공급되는 공기는 상기 중공사막들(112)의 중공을 따라 흐른다. 상기 배가스 유입구(111a)를 통해 상기 미드-케이스(111) 내로 유입된 배가스는 상기 중공사막들(112)의 외표면과 접촉한 후 상기 배가스 유배출구(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.
상기 캡들(120)의 내부 공간들은 상기 중공사막들(112)의 중공들과만 유체연통할 뿐, 상기 미드-케이스(111)의 내부 공간과는 완벽히 차단되어 있어야만 한다. 그렇지 않다면, 압력 차이에 의한 공기 누출이 발생하여 연료전지 스택으로 공급되는 가습 공기의 양이 줄어들고 연료전지의 발전 효율이 저하된다.
일반적으로, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 중공사막들(112)의 말단들이 포팅되어 있는 고정층(113) 및 상기 고정층(113)과 상기 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.
그러나, 상기 수지층(114) 형성을 위한 캐스팅 공정은 상대적으로 많은 공정 시간을 요구하기 때문에 가습기(100)의 생산성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 캐스팅 공정을 통한 수지층 형성으로 인해 가습기의 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기는 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈; 및 상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡;을 포함할 수 있다. 상기 가습 모듈은 미드-케이스; 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 복수의 중공사막들을 수용하는 적어도 하나의 카트리지;를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기는, 상기 제1 캡이 상기 중공사막들과만 유체 연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 적어도 일단에 기밀하게 결합되는(Air tightly coupled) 제1 패킹부재를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 패킹부재는 상기 카트리지와 상기 미드-케이스 각각에 접촉된 제1 연질부재, 및 상기 제1 연질부재에 결합된 제1 경질부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 연질부재는 상기 제1 경질부재가 삽입되기 위한 제1 삽입홈을 포함할 수 있다. 상기 제1 경질부재는 상기 제1 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 카트리지와 상기 미드-케이스가 서로 이격된 이격방향으로 확장되도록 변형되어서 상기 제1 연질부재를 상기 카트리지에 밀착시킬 수 있다.
본 발명은 캡의 내부공간과 미드-케이스의 내부공간을 밀폐시키기 위한 캐스팅 공정을 생략할 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명은 생산을 위한 공정시간의 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 경질부재와 연질부재가 조합된 패킹부재를 구비함으로써, 경질부재의 변형을 통해 연질부재를 카트리지에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명은 미드-케이스와 카트리지 사이의 밀폐력을 강화함으로써 가습성능을 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 5는 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 6은 도 2의 I-I 선을 기준으로 제1 패킹부재가 분해된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 7은 도 5를 기준으로 제1 경질부재가 확장된 모습을 나타낸 개략적인 단면도
도 8은 도 5를 기준으로 제1 연질부재가 제1 지지부재를 구비한 모습을 나타낸 개략적인 단면도
도 9는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드-케이스에 2개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
도 10은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재와 제2 패킹부재가 분해된 모습을 확대하여 나타낸 개념도
도 11은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재와 제2 패킹부재가 미드-케이스와 카트리지들에 결합된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 12는 도 11을 기준으로 제2 경질부재가 확장된 모습을 나타낸 개략적인 단면도
도 13은 도 11을 기준으로 제2 연질부재가 제2 지지부재들을 구비한 모습을 나타낸 개략적인 단면도
도 14는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드-케이스에 3개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
이하에서는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 연료전지 스택(미도시)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 기체의 가습을 위한 가습 모듈(2), 및 상기 가습 모듈(2)의 일단에 결합된 제1 캡(3)을 포함한다. 상기 가습 모듈(2)은 복수의 중공사막(211)이 결합된 카트리지(Cartridge)(21), 상기 카트리지(21)가 결합된 미드-케이스(Mid-case)(22), 및 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이에 배치되어서 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이를 밀폐시키는 제1 패킹부재(23)를 포함한다. 상기 제1 패킹부재(23)는 캐스팅(casting) 공정 없이 결합을 통해 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이를 밀폐시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 캡(3)의 내부공간과 상기 미드-케이스(22)의 내부공간을 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상대적으로 많은 공정시간이 요구되는 캐스팅 공정을 생략할 수 있으므로, 생산을 위한 공정시간의 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
이하에서는 상기 가습 모듈(2) 및 상기 제1 캡(3)에 관해 첨부된 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 상기 가습 모듈(2)은 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 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 제2 캡(4)이 결합될 수 있다. 상기 제1 캡(3)은 외부로부터 공급되는 건조 기체를 상기 가습 모듈(2)로 전달할 수 있다. 상기 제2 캡(4)은 상기 가습 모듈(2)에 의해 가습된 건조 기체를 상기 연료전지 스택으로 전달할 수 있다. 상기 제2 캡(4)이 외부로부터 공급되는 건조 기체를 상기 가습 모듈(2)로 전달하고, 상기 제1 캡(3)이 상기 가습 모듈(2)에 의해 가습된 건조 기체를 상기 연료전지 스택으로 전달할 수도 있다.
상기 가습 모듈(2)은 상기 카트리지(21), 상기 미드-케이스(22), 및 상기 제1 패킹부재(23)를 포함한다.
상기 카트리지(21)는 상기 중공사막(211)을 복수개 포함한다. 상기 중공사막(211)들은 상기 카트리지(21)로 구현되어서 모듈화될 수 있다. 이에 따라, 상기 카트리지(21)를 상기 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 상기 중공사막(211)들을 수용하는 이너 케이스(Inner case)(210)를 포함할 수 있다. 상기 중공사막(211)들은 상기 이너 케이스(210)의 내부에 배치되어서 모듈화될 수 있다. 상기 중공사막(211)들은 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 설폰화 폴리설폰 수지, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 수지, 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에스테르이미드 수지, 또는 이들 중 2 이상의 혼합물로 형성된 고분자막을 포함할 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제1 포팅부(212)를 포함할 수 있다. 상기 제1 포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들을 고정하는 것이다. 상기 제1 포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들의 일측을 고정할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 포팅부(212)는 상기 중공사막(211)들의 중공을 막지 않도록 형성될 수 있다. 상기 제1 포팅부(212)는 캐스팅 공정을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 제1 포팅부(212)는 상기 이너 케이스(210)와 상기 중공사막(211)들의 일측을 고정시킬 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제2 포팅부(213)를 포함할 수 있다. 상기 제2 포팅부(213)는 상기 중공사막(211)들의 타측을 고정하는 것이다. 이 경우, 상기 제2 포팅부(213)는 상기 중공사막(211)들의 중공을 막지 않도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 스택에 공급될 기체는 상기 제2 포팅부(213)와 상기 제1 포팅부(212)에 방해됨에 없이 상기 중공사막(211)들의 중공으로 공급되어서 가습된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 상기 제2 포팅부(213)는 캐스팅 공정을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 제2 포팅부(213)는 상기 이너 케이스(210)와 상기 중공사막(211)들의 타측을 고정시킬 수 있다.
상기 미드-케이스(22)는 상기 카트리지(21)가 결합된 것이다. 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이에 공간이 마련되도록, 상기 카트리지(21)는 상기 미드-케이스(22)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 미드-케이스(22)는 유입구(221)와 유출구(222)를 포함할 수 있다. 수분이 함유된 습윤 기체는, 상기 유입구(221)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 내부로 공급된 후에 상기 중공사막(211)들의 외표면과 접촉할 수 있다. 이 과정에서 습윤 기체에 함유되어 있던 수분이 상기 중공사막(211)들을 투과함으로써, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 기체를 가습할 수 있다. 가습된 기체는 상기 중공사막(211)들로부터 배출된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 기체를 가습한 이후의 습윤 기체는, 상기 유출구(222)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 외부로 유출될 수 있다. 상기 유입구(221)는 상기 연료전지 스택에 연결될 수 있다. 이 경우, 습윤 기체는 상기 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(Off-gas)일 수 있다.
한편, 상기 카트리지(21)에는 습윤 기체가 유입되기 위한 유입공(미도시), 및 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 기체를 가습한 이후의 습윤 기체가 유출되기 위한 유출공(미도시)이 형성될 수 있다. 이 경우, 습윤 기체는 상기 유입구(221)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이로 공급되고, 상기 유입공을 통해 상기 카트리지(21)의 내부로 공급되며, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 기체를 가습한 후에 상기 유출공을 통해 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이로 유출되고, 상기 유출구(222)를 통해 상기 미드-케이스(22)의 외부로 유출될 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참고하면, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이를 밀폐시키는 것이다. 상기 제1 패킹부재(23)는 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈(2)의 적어도 일단에 기밀하게 결합(Air tightly coupled)될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 캡(3)이 상기 중공사막(211)들과만 유체 연통할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 연료전지 스택에 공급될 기체와 상기 미드-케이스(22)의 내부로 공급된 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지(21)는 상기 제1 패킹부재(23)에 형성된 제1 통과공(23a)에 삽입될 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 미드-케이스(22)의 내벽, 상기 카트리지(21)의 외벽, 및 상기 제1 포팅부(212) 각각에 접촉할 수 있다. 이러한 접촉을 통해, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 가습 모듈(2)의 일단에 기밀하게 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 미드-케이스(22)의 내벽 일부, 상기 카트리지(21)의 외벽 일부, 및 상기 제1 포팅부(212)의 일부 각각에 접촉할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 패킹부재(23)를 복수개 포함할 수 있다. 상기 제1 패킹부재들(23, 23')은 각각 상기 가습 모듈(2)의 양단에 기밀하게 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패킹부재들(23, 23')은 상기 카트리지(21)의 양측에 배치될 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23')는 상기 미드-케이스(22)의 내벽, 상기 카트리지(21)의 외벽, 및 상기 제2 포팅부(213) 각각에 접촉함으로써, 상기 가습 모듈(2)의 타단에 기밀하게 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패킹부재(23')는 상기 미드-케이스(22)의 내벽 일부, 상기 카트리지(21)의 외벽 일부, 및 상기 제2 포팅부(213)의 일부 각각에 접촉할 수 있다. 상기 제1 패킹부재들(23, 23')은 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 가습모듈(2)의 일단에 배치된 제1 패킹부재(23)를 기준으로 하여 설명한다. 이로부터 상기 가습모듚(2)의 타단에 배치된 제1 패킹부재(23')를 도출하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 연질부재(231), 및 제1 경질부재(232)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연질부재(231)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 각각에 접촉된 것이다. 상기 제1 연질부재(231)는 탄성변형(Elastic Deformation)이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 연질부재(231)는 고무류로 형성될 수 있다. 상기 제1 연질부재(231)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이를 밀폐하도록 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 연질부재(231)는 제1 삽입홈(231a, 도 6에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 제1 삽입홈(231a)에는 상기 제1 경질부재(232)가 삽입될 수 있다. 상기 제1 삽입홈(231a)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하는 상기 제1 연질부재(231)의 면(面)에 형성될 수 있다. 상기 제1 삽입홈(231a)은 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 연질부재(231)에 결합된 것이다. 상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 삽입홈(231a)에 삽입될 수 있다. 상기 제1 경질부재(232)가 상기 제1 삽입홈(231a)에 삽입된 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 경질부재(232)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)가 서로 이격된 이격방향(X축 방향)으로 확장되도록 변형됨으로써 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 연질부재(231)와 상기 카트리지(21) 사이의 밀폐력을 강화할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 경질부재(232)와 상기 카트리지(21) 사이에 위치한 제1 연질부재(231)의 부분은 상기 제1 경질부재(232)에 의해 탄성변형되어서 압축될 수 있다. 상기 제1 경질부재(232)가 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되면, 상기 제1 경질부재(232)와 상기 미드-케이스(22) 사이에 위치한 제1 연질부재(231)의 부분도 탄성변형되어서 압축됨으로써 상기 미드-케이스(22)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 삽입홈(231a)에 대응되는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 경질부재(232)는 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되도록 소성변형(Plastic Deformation)될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킨 상태로 유지될 수 있다. 또한, 상기 제1 경질부재(232)는 상기 제1 연질부재(231)를 상기 미드-케이스(22)에 밀착시킨 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이를 밀폐시킨 상태로 견고하게 유지될 수 있다. 상기 제1 경질부재(232)는 소성변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 경질부재(232)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 경질부재(232)는 제1 외벽부재(2321), 제1 연결부재(2322), 및 제1 가압부재(2323)를 포함할 수 있다.
상기 제1 외벽부재(2321)는 상기 미드-케이스(22) 쪽을 향하도록 배치된 것이다. 상기 제1 경질부재(232)가 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되는 경우, 상기 제1 외벽부재(2321)는 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외벽부재(2321)는 상기 제1 경질부재(232)와 상기 미드-케이스(22) 사이에 위치한 제1 연질부재(231)의 부분을 상기 미드-케이스(22)에 밀착시킬 수 있다.
상기 제1 연결부재(2322)는 상기 제1 외벽부재(2321)와 상기 제1 가압부재(2323)를 연결하는 것이다. 상기 제1 연결부재(2322), 상기 제1 외벽부재(2321), 및 상기 제1 가압부재(2323)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제1 가압부재(2323)는 상기 카트리지(21) 쪽을 향하도록 배치된 것이다. 상기 제1 경질부재(232)가 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되는 경우, 상기 제1 가압부재(2323)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 가압부재(2323)는 상기 제1 경질부재(232)와 상기 카트리지(21) 사이에 위치한 제1 연질부재(231)의 부분을 가압하여 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다.
상기 제1 가압부재(2323)와 상기 제1 외벽부재(2321)의 사이에는 제1 확장홈(232a)이 배치될 수 있다. 상기 제1 연질부재(231)가 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21)의 사이에 삽입됨과 아울러 상기 제1 경질부재(232)가 상기 제1 삽입홈(231a)에 삽입된 상태에서, 상기 제1 확장홈(232a)에는 확장기구(미도시)가 삽입될 수 있다. 상기 확장기구가 상기 제1 확장홈(232a)에 삽입됨에 따라, 상기 제1 가압부재(2323)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 변형되어서 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 가압할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 경질부재(232)가 확장되지 않은 상태에서 상기 제1 패킹부재(23)를 설치할 수 있으므로, 상기 제1 패킹부재(23)에 대한 설치작업의 용이성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 패킹부재(23)를 설치한 이후에 상기 확장기구를 이용하여 상기 제1 경질부재(232)를 용이하게 확장시킴으로써, 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 밀착시켜서 밀폐력을 강화하는 작업의 용이성을 향상시킬 수 있다. 상기 확장기구는 상기 제1 확장홈(231a)에 삽입됨에 따라 상기 제1 경질부재(232)를 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장시킬 수 있는 공구일 수 있다. 상기 확장기구에서 상기 제1 확장홈(231a)에 삽입되는 부분은, 상기 제1 확장홈(231a)에 삽입되는 방향 쪽으로 연장될수록 크기가 감소되는 형태로 형성될 수 있다. 상기 확장기구는 상기 제1 확장홈(232a)에 삽입되면서 상기 제1 외벽부재(2321)를 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 변형시킬 수도 있다.
상기 제1 가압부재(2323)는 상기 제1 외벽부재(2321)에 비해 더 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 가압부재(2323)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 소성변형되어서 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킨 상태로 더 견고하게 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 카트리지(21) 사이에 대한 밀폐력을 더 강화시키도록 구현된다.
여기서, 상기 제1 경질부재(232)를 변형시키기 위해 상기 확장기구가 상기 제1 확장홈(232a)에 삽입되는 과정에서, 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21)의 사이로 너무 깊게 삽입될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 제1 연질부재(231)는 상기 미드-케이스(22)에 걸림 방식으로 결합될 수 있다. 이러한 상기 제1 연질부재(231)의 구조를 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
상기 제1 연질부재(231)는 제1 연질본체(2311), 연장부재(2312), 걸림홈(2313), 및 걸림부재(2314)를 포함할 수 있다.
상기 제1 연질본체(2311)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 배치되는 부분이다. 상기 제1 연질본체(2311)에는 상기 제1 삽입홈(231a)이 형성될 수 있다. 상기 제1 경질부재(232)가 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되는 경우, 상기 제1 가압부재(2323)는 상기 제1 경질부재(232)와 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 제1 연질본체(2311)의 부분을 가압할 수 있다. 상기 제1 외벽부재(2321)는 상기 제1 경질부재(232)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 위치한 제1 연질본체(2311)의 부분을 가압할 수 있다.
상기 연장부재(2312)는 상기 제1 연질본체(2311)로부터 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 연장된 것이다. 상기 연장부재(2312)는 상기 미드-케이스(22)에 지지될 수 있다. 상기 연장부재(2312)는 상기 걸림부재(2314)와 상기 제1 연질본체(2311)를 연결할 수 있다. 상기 연장부재(2312), 상기 걸림부재(2314), 및 상기 제1 연질본체(2311)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 걸림홈(2313)은 상기 연장부재(2312)에 형성된 것이다. 상기 걸림홈(2313)은 상기 제1 연질본체(2311)와 상기 걸림부재(2314)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 걸림홈(2313)에는 상기 미드-케이스(22)가 삽입될 수 있다.
상기 걸림부재(2314)는 상기 연장부재(2312)에 결합된 것이다. 상기 걸림부재(2314)는 상기 걸림홈(2313)에 삽입된 미드-케이스(22)의 외측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 걸림부재(2314)와 상기 제1 연질본체(2311)의 사이에 상기 미드-케이스(22)가 배치될 수 있다.
이와 같이 상기 제1 연질부재(231)가 상기 미드-케이스(22)에 걸림 방식으로 결합되므로, 상기 제1 경질부재(232)를 변형시키는 과정에서 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21) 사이로 삽입되는 깊이가 제한될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 경질부재(232)의 변형을 통해 상기 제1 연질부재(231)를 상기 카트리지(21)에 밀착시키는 작업의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참고하면, 상기 제1 연질부재(231)는 제1 지지부재(2315)를 포함할 수 있다. 상기 제1 지지부재(2315)는 상기 카트리지(21)의 제1 포팅부(212) 쪽으로 돌출된 것이다. 상기 제1 지지부재(2315)는 상기 제1 포팅부(212)에 지지될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 경질부재(232)를 변형시키는 과정에서, 상기 제1 지지부재(2315)는 상기 제1 포팅부(212)에 지지됨으로써 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21) 사이로 삽입되는 깊이를 제한할 수 있다.
상기 제1 지지부재(2315)는 상기 제1 연질본체(2311)로부터 돌출될 수 있다. 상기 제1 지지부재(2315)는 상기 제1 포팅부(212)에 결합된 상기 중공사막(211)들의 중공을 막지 않는 길이로 돌출될 수 있다. 상기 제1 지지부재(2315) 및 상기 제1 연질본체(2311)는 일체로 형성될 수도 있다.
도 8을 참고하면, 상기 제1 연질부재(231)는 제1 보강부재(2316)를 포함할 수 있다. 상기 제1 보강부재(2316)는 상기 제1 연질본체(2311)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제1 보강부재(2316)는 상기 제1 연질본체(2311)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 보강부재(2316)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1 보강부재(2316)는 인서트 성형을 통해 상기 제1 연질본체(2311)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 2 내지 도 8을 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 제1 패킹부재(23)에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다.
상기 제1 캡(3)은 제1 압박부재(31)를 포함할 수 있다. 상기 제1 캡(3)이 상기 가습 모듈(2)의 일단에 결합되면, 상기 제1 압박부재(31)는 상기 연장부재(2312)를 상기 미드-케이스 쪽으로 압박할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 압박부재(31)는 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이를 밀폐시킨 상태로 유지되기 위한 고정력을 더 강화할 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)과 상기 카트리지(21) 사이의 공간은, 상기 제1 패킹부재(23')에 의해 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이의 공간에 대해 밀폐될 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23')는 상술한 상기 제1 패킹부재(23)에서 설명한 바와 대략 일치하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 9 내지 도 13을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드-케이스(22)에 상기 카트리지(21)가 복수개 결합되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 미드-케이스(22)에는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 배치된 격벽부재(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 카트리지들(21, 21')은 상기 격벽부재들의 사이에 배치되어서 개별적으로 탈부착 가능하게 상기 미드-케이스(22)에 결합될 수 있다. 한편, 도 11 내지 도 13에 도시된 카트리지들(21, 21')은 각각 복수개의 중공사막들을 포함하는 것이나, 중공사막들이 생략되어 표현된 것이다.
상기 미드-케이스(22)에 상기 카트리지(21)가 복수개 결합되도록 구현된 경우, 상기 가습 모듈(2)은 제2 패킹부재(24)를 포함할 수 있다.
상기 제2 패킹부재(24)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 밀폐시키는 것이다. 상기 제2 패킹부재(24)는 상기 연료전지 스택에 공급될 기체와 상기 카트리지들(21, 21')의 사이로 공급된 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 패킹부재(24)를 복수개 포함할 수 있다. 상기 제2 패킹부재들(24, 24')은 각각 상기 카트리지들(21, 21')의 양측에 배치될 수 있다. 상기 제2 패킹부재들(24, 24')은 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 카트리지들(21, 21')의 일측에 배치된 제2 패킹부재(24)를 기준으로 하여 설명한다. 이로부터 상기 카트리지들(21, 21')의 타측에 배치된 제2 패킹부재(24')를 도출하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 제2 패킹부재(24)는 제2 연질부재(241), 및 제2 경질부재(242)를 포함할 수 있다.
상기 제2 연질부재(241)는 상기 카트리지들(21, 21') 각각에 접촉된 것이다. 상기 제2 연질부재(241)는 탄성변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 연질부재(241)는 고무류로 형성될 수 있다. 상기 제2 연질부재(241)는 제2 삽입홈(241a, 도 10에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 제2 삽입홈(241a)에는 상기 제2 경질부재(242)가 삽입될 수 있다. 상기 제2 삽입홈(241a)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하는 상기 제2 연질부재(241)의 면(面)에 형성될 수 있다.
상기 제2 경질부재(242)는 상기 제2 연질부재(241)에 결합된 것이다. 상기 제2 경질부재(242)는 상기 제2 삽입홈(241a)에 삽입될 수 있다. 상기 제2 경질부재(242)가 상기 제2 삽입홈(241a)에 삽입된 상태에서, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제2 경질부재(242)는 상기 카트리지들(21, 21')이 서로 이격된 이격방향(X축 방향)으로 확장되도록 변형됨으로써 상기 제2 연질부재(241)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 경질부재(242)는 상기 제2 연질부재(241)와 상기 카트리지들(21, 21') 사이의 밀폐력을 강화할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 경질부재(242)와 상기 카트리지(21) 사이에 위치한 제2 연질부재(241)의 부분은 상기 제2 경질부재(242)에 의해 탄성변형되어서 압축될 수 있다. 상기 제2 경질부재(242)와 상기 카트리지(21') 사이에 위치한 제2 연질부재(241)의 부분은 상기 제2 경질부재(242)에 의해 탄성변형되어서 압축될 수 있다.
상기 제2 경질부재(242)는 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되도록 소성변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 경질부재(242)는 상기 제2 연질부재(241)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킨 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 제2 패킹부재(24)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 밀폐시킨 상태로 견고하게 유지될 수 있다. 상기 제2 경질부재(242)는 소성변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 경질부재(242)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제2 경질부재(242)는 제2 연결부재(2421), 및 복수의 제2 가압부재들(2422, 2422')을 포함할 수 있다.
상기 제2 연결부재(2421)는 상기 제2 가압부재들(2422, 2422')을 연결하는 것이다. 상기 제2 연결부재(2421) 및 상기 제2 가압부재들(2422, 2422')은 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제2 가압부재들(2422, 2422')은 상기 카트리지들(21, 21') 쪽을 향하도록 배치된 것이다. 상기 제2 경질부재(242)가 상기 이격방향(X축 방향)으로 확장되는 경우, 상기 제2 가압부재들(2422, 2422')은 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 가압부재들(2422, 2422')은 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 위치한 제2 연질부재(241)의 부분을 가압하여 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있다.
상기 제2 가압부재들(2422, 2422')의 사이에는 제2 확장홈(242a)이 배치될 수 있다. 상기 제2 연질부재(241)가 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 삽입됨과 아울러 상기 제2 경질부재(242)가 상기 제2 삽입홈(241a)에 삽입된 상태에서, 상기 제2 확장홈(242a)에는 상기 확장기구가 삽입될 수 있다. 상기 확장기구가 상기 제2 확장홈(242a)에 삽입됨에 따라, 상기 제2 가압부재들(2422, 2422')은 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 변형되어서 상기 제2 연질부재(241)를 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 가압할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 경질부재(242)가 확장되지 않은 상태에서 상기 제2 패킹부재(24)를 설치할 수 있으므로, 상기 제2 패킹부재(24)에 대한 설치작업의 용이성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 패킹부재(24)를 설치한 이후에 상기 확장기구를 이용하여 상기 제2 경질부재(242)를 용이하게 확장시킴으로써, 상기 제2 연질부재(241)를 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 밀착시켜서 밀폐력을 강화하는 작업의 용이성을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 경질부재(242)는 상기 제1 경질부재(232)에 비해 더 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 상기 제2 경질부재(242)의 전체에 대한 평균두께가 상기 제1 경질부재(232)의 전체에 대한 평균두께에 비해 더 두꺼울 수 있다. 이 경우, 상기 제2 가압부재들(2422, 2422') 각각은 상기 제1 외벽부재(2321)에 비해 더 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 상기 제2 가압부재들(2422, 2422') 각각은 상기 제1 가압부재(2323)와 동일한 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 패킹부재(24)와 상기 카트리지들(21, 21') 사이에 대한 밀폐력을 더 강화시키도록 구현된다.
여기서, 상기 제2 연질부재(241)와 상기 제1 연질부재(231)는 일체로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 한번의 삽입작업을 통해 상기 제2 연질부재(241)와 상기 제1 연질부재(231)를 설치할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 경질부재(242)와 상기 제1 경질부재(232)는 개별적으로 제조될 수 있다.
도 13을 참고하면, 상기 제2 경질부재(242)를 변형시키기 위해 상기 확장기구가 상기 제2 확장홈(242a)에 삽입되는 과정에서, 상기 제2 패킹부재(24)가 상기 카트리지들(21, 21')의 사이로 너무 깊게 삽입될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 제2 연질부재(241)는 제2연결본체(2411)로부터 돌출된 복수의 제2 지지부재들(2412, 2412')를 포함할 수 있다.
상기 제2 연질본체(2411)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 배치되는 부분이다. 상기 제2 연질본체(2411)에는 상기 제2 삽입홈(241a)이 형성될 수 있다.
상기 제2 지지부재들(2412, 2412')는 상기 카트리지들(21, 21')의 제1 포팅부들(212, 212') 쪽으로 돌출된 것이다. 상기 제2 지지부재들(2412, 2412')은 상기 제1 포팅부들(212, 212')에 지지될 수 있다. 이에 따라 상기 제2 경질부재(242)를 변형시키는 과정에서, 상기 제2 지지부재들(2412, 2412')은 상기 제1 포팅부들(212, 212')에 지지됨으로써 상기 제2 패킹부재(24)가 상기 카트리지들(21, 21')의 사이로 삽입되는 깊이를 제한할 수 있다.
상기 제2 지지부재들(2412, 2412')은 상기 제2 연질본체(2411)의 양측으로 돌출될 수 있다. 상기 제2 지지부재들(2412, 2412')은 상기 제1 포팅부들(212, 212')에 결합된 상기 중공사막(211, 도 8에 도시됨)들의 중공을 막지 않는 길이로 돌출될 수 있다. 상기 제2 지지부재들(2412, 2412') 및 상기 제2 연질본체(2411)는 일체로 형성될 수도 있다.
도 13을 참고하면, 상기 제2 연질부재(241)는 제2 보강부재(2413)를 포함할 수 있다. 상기 제2 보강부재(2413)는 상기 제2 연질본체(2411)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제2 보강부재(2413)는 상기 제2 연질본체(2411)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 보강부재(2413)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제2 보강부재(2413)는 인서트 성형을 통해 상기 제2 연질본체(2411)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 8 내지 도 13에는 상기 미드-케이스(22)에 2개의 카트리지(21)가 결합되는 것을 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드-케이스(22)에 3개의 카트리지들(21, 21', 21")이 결합되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 가습 모듈(2)의 일측에 2개의 제2 패킹부재(24)가 구비됨과 아울러 상기 가습 모듈(2)의 타측에 2개의 제2 패킹부재(24')가 구비될 수 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드-케이스(22)에 4개 이상의 카트리지(21)들이 결합되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 미드-케이스(22)에 결합된 카트리지(21)의 개수가 증가하는만큼 상기 제2 패킹부재(24)의 개수가 증가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (12)

  1. 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈; 및
    상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡;을 포함하고,
    상기 가습 모듈은 미드-케이스; 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 복수의 중공사막들을 수용하는 적어도 하나의 카트리지;를 포함하며,
    연료전지용 가습기는, 상기 제1 캡이 상기 중공사막들과만 유체 연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 적어도 일단에 기밀하게 결합되는(Air tightly coupled) 제1 패킹부재를 더 포함하고,
    상기 제1 패킹부재는 상기 카트리지와 상기 미드-케이스 각각에 접촉된 제1 연질부재, 및 상기 제1 연질부재에 결합된 제1 경질부재를 포함하며,
    상기 제1 연질부재는 상기 제1 경질부재가 삽입되기 위한 제1 삽입홈을 포함하고,
    상기 제1 경질부재는 상기 제1 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 카트리지와 상기 미드-케이스가 서로 이격된 이격방향으로 확장되도록 변형되어서 상기 제1 연질부재를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 경질부재는 상기 이격방향으로 확장되도록 소성변형(Plastic Deformation)되어서 상기 제1 연질부재를 상기 카트리지에 밀착시킨 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 연료가습기용 가습기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 경질부재는
    상기 카트리지 쪽을 향하도록 배치된 제1 가압부재,
    상기 미드-케이스 쪽을 향하도록 배치된 제1 외벽부재,
    상기 제1 가압부재와 상기 제1 외벽부재를 연결하는 제1 연결부재, 및
    상기 제1 가압부재와 상기 제1 외벽부재의 사이에 배치된 제1 확장홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가압부재는 상기 제1 확장홈에 확장기구가 삽입됨에 따라 상기 카트리지 쪽으로 변형되어서 상기 제1 연질부재를 상기 카트리지 쪽으로 가압하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가압부재는 상기 제1 외벽부재에 비해 더 두꺼운 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1 포팅부를 포함하고,
    상기 제1 연질부재는 상기 제1 포팅부 쪽으로 돌출되어서 상기 제1 포팅부에 지지되는 제1 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 연질부재는
    상기 미드-케이스와 상기 카트리지의 사이에 배치된 제1 연질본체,
    상기 제1 연질본체로부터 상기 미드-케이스 쪽으로 연장된 연장부재,
    상기 연장부재에 형성된 걸림홈, 및
    상기 걸림홈에 삽입된 미드-케이스의 외측에 배치된 걸림부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 캡은 상기 연장부재를 상기 미드-케이스 쪽으로 압박하는 제1 압박부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 미드-케이스에는 상기 카트리지가 복수개 결합되고,
    상기 가습 모듈은 상기 카트리지들의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들의 사이를 밀폐시키는 제2 패킹부재를 포함하며,
    상기 제2 패킹부재는 상기 카트리지들 각각에 접촉된 제2 연질부재, 및 상기 제2 연질부재에 결합된 제2 경질부재를 포함하고,
    상기 제2 연질부재는 상기 제2 경질부재가 삽입되기 위한 제2 삽입홈을 포함하며,
    상기 제2 경질부재는 상기 제2 삽입홈에 삽입된 상태에서 상기 카트리지들이 서로 이격된 이격방향으로 확장되도록 변형되어서 상기 제2 연질부재를 상기 카트리지들에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 연질부재와 상기 제1 연질부재는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 경질부재는 상기 제1 경질부재에 비해 더 두꺼운 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들을 고정하는 제1 포팅부를 포함하고,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내벽, 상기 카트리지의 외벽, 및 상기 제1포팅부 각각에 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
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