WO2021107683A1 - 연료전지용 가습기 - Google Patents

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WO2021107683A1
WO2021107683A1 PCT/KR2020/017078 KR2020017078W WO2021107683A1 WO 2021107683 A1 WO2021107683 A1 WO 2021107683A1 KR 2020017078 W KR2020017078 W KR 2020017078W WO 2021107683 A1 WO2021107683 A1 WO 2021107683A1
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case
mid
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김도우
양형모
김인호
안나현
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코오롱인더스트리 주식회사
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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 exhaust gas contacts the outer surface of the hollow fiber membranes 112 moisture contained in the exhaust gas penetrates the hollow fiber membranes 112 , thereby humidifying the air flowing along the hollow of the hollow fiber membranes 112 . do.
  • 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 be in close contact with the cartridge by using at least one pressure of a dry gas and a wet gas.
  • 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.
  • sealing force can be strengthened by using at least one pressure of a dry gas and a wet gas.
  • the present invention can strengthen the sealing force without an additional configuration, it is possible to lower the cost for strengthening the sealing force.
  • 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 ;
  • 6 to 9 are schematic cross-sectional views showing an enlarged first packing member on the line I-I of FIG. 2 .
  • FIG. 10 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. 11 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged first packing member on the line II-II of FIG.
  • 12 and 13 are schematic cross-sectional views showing enlarged views of the first packing member and the second packing member coupled to the mid-case and the cartridges based on the II-II line of FIG.
  • 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
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion A of FIG. 4 ;
  • 16 to 18 are schematic cross-sectional views showing an enlarged first packing member on the line I-I of FIG. 2 .
  • 19 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 II-II line of FIG.
  • 20 and 21 are schematic cross-sectional views showing an enlarged portion A of FIG. 4 ;
  • 22 to 24 are schematic cross-sectional views showing enlarged views of the first packing member and the second packing member coupled to the mid-case and the cartridges based on the II-II line of FIG.
  • 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.
  • the drying gas may be fuel gas or air.
  • a fuel cell humidifier (1) includes a humidifying module (2) for humidifying dry 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 dry gas may be supplied into the hollows of the hollow fiber membranes 211 without interfering with the second potting unit 213 and the first potting unit 212 , and after being humidified, may be supplied to the fuel cell stack.
  • 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 come into contact with the outer surfaces of the hollow fiber membranes 211 after flowing into the mid-case 22 through the inlet 221 . In this process, moisture contained in the wet gas penetrates the hollow fiber membranes 211 , thereby humidifying the dry gas flowing along the hollows of the hollow fiber membranes 211 .
  • the humidified dry gas may be supplied to the fuel cell stack after flowing out from the hollow fiber membranes 211 . After humidifying the dry 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 dry gas flowing along the hollows of the hollow fiber membranes 211 is humidified. city) can be formed.
  • the wet gas flows between the inner surface of the mid-case 22 and the outer surface of the cartridge 21 through the inlet 221, and flows into the cartridge 21 through the inlet hole, After humidifying the dry 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 through the outlet 222 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 dry gas to be supplied to the fuel cell stack and the wet gas supplied into 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 humidification module 2 is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains.
  • the first packing member 23 may be in close contact with the cartridge 21 using at least one of a dry gas and a wet gas. Since both the drying gas and the wetting gas flow at a considerable amount of pressure during the humidification process, the drying gas and the wetting gas have sufficient pressure to compress the first packing member 23 toward the cartridge 21, respectively. . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the first packing member 23 is brought into close contact with the cartridge 21 by using at least one of a dry gas and a wet gas during the humidification process. implemented so that Accordingly, since the humidifier 1 for fuel cell according to the present invention can implement sealing force for preventing direct mixing of dry gas and wet gas without additional configuration, the cost for enhancing the sealing force can be lowered.
  • the first packing member 23 may be formed of a material capable of elastic deformation. For example, the first packing member 23 may be formed of rubber. The first packing member 23 may be formed in a ring shape to seal between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first packing member 23 may include a first packing body 230 .
  • the first packing body 230 constitutes the overall appearance of the first packing member 23 .
  • the first outer surface 230a of the first packing body 230 is the first cap 3 ) can be positioned to face the
  • the first inner surface 230b of the first packing body 230 may be disposed to face the inner side of the mid-case 22 .
  • the first inner surface 230b and the first outer surface 230a may be disposed to face opposite directions.
  • the first packing member 23 may include a first outer groove 231 and a first outer member 232 .
  • the first outer groove 231 is to accommodate the drying gas.
  • the first outer groove 231 may be formed in the first outer surface 230a. Accordingly, since the first outer groove 231 is disposed to face the first cap 3 , it is possible to accommodate the drying gas located between the first cap 3 and the cartridge 21 . .
  • the first outer member 232 is in contact with the cartridge 21 between the first outer groove 231 and the cartridge 21 . According to the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 , the first outer member 232 may be compressed toward the cartridge 21 to be in close contact with the cartridge 21 . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the sealing force between the first packing member 23 and the cartridge 21 using the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 . can be strengthened The first outer member 232 may be in close contact with the first potting part 212 .
  • the first packing member 23 may include a first outer protrusion 233 .
  • the first outer protrusion 233 is in contact with the mid-case 22 between the first outer groove 231 and the mid-case 22 .
  • the first outer protrusion 233 may be compressed toward the mid-case 22 to be in close contact with the mid-case 22 .
  • the humidifier 1 for a fuel cell according to the present invention uses the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 between the first packing member 23 and the mid-case 22 .
  • the sealing power can be strengthened.
  • the first outer groove 231 is formed in a first axial direction (X-axis direction). It may be disposed between the first outer member 232 and the first outer protrusion 233 based on the . Accordingly, the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 may operate in a direction to increase the gap between the first outer member 232 and the first outer protrusion 233 . Therefore, by using the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231, the first outer member 232 is in close contact with the cartridge 21, and the first outer protrusion 233 is the mid- It may be in close contact with the case 22 .
  • the first outer member 232 , the first outer protrusion 233 , and the first packing body 230 may be integrally formed.
  • the first packing member 23 may include a first inner groove 234 and a first inner member 235 .
  • the first inner groove 234 is to receive the wet gas.
  • the first inner groove 234 may be formed in the first inner surface 230b. Accordingly, since the first inner groove 234 is disposed to face the inner side of the mid-case 22 , it is possible to accommodate the wet gas located inside the mid-case 22 . In this case, the wet gas located between the inner surface of the mid-case 22 and the outer surface of the cartridge 21 may be accommodated in the first inner groove 234 .
  • the first inner member 235 is in contact with the cartridge 21 between the first inner groove 234 and the cartridge 21 . According to the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 , the first inner member 235 may be compressed toward the cartridge 21 to be in close contact with the cartridge 21 . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the sealing force between the first packing member 23 and the cartridge 21 using the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 . can be strengthened
  • the first inner member 235 may be in close contact with the inner case 210 . A part of the first inner member 235 may be in close contact with the first potting part 212 and a part of the first inner member 235 may be in close contact with the inner case 210 .
  • the first packing member 23 may include a first inner protrusion 236 .
  • the first inner protrusion 236 is in contact with the mid-case 22 between the first inner groove 234 and the mid-case 22 .
  • the first inner protrusion 236 may be compressed toward the mid-case 22 to be in close contact with the mid-case 22 .
  • the humidifier 1 for fuel cell according to the present invention uses the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 between the first packing member 23 and the mid-case 22 .
  • the sealing power can be strengthened.
  • the first inner groove 234 is formed between the first inner member 235 and the first inner member 235 . It may be disposed between the first inner protrusions 236 . Accordingly, the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 may operate in a direction to increase the distance between the first inner member 235 and the first inner protrusion 236 . Therefore, by using the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234, the first inner member 235 is in close contact with the cartridge 21, and the first inner protrusion 236 is the mid- It may be in close contact with the case 22 .
  • the first inner member 235, the first inner protrusion 236, and the first packing body 230 may be integrally formed.
  • the first packing member 23 may include an extension member 237 and a locking member 238 .
  • the extension member 237 extends toward the mid-case 22 .
  • the extension member 237 may extend from the first outer protrusion 233 toward the mid-case 22 .
  • the extension member 237 may be supported by the mid-case 22 .
  • the extension member 237 may connect the locking member 238 and the first outer protrusion 233 .
  • the extension member 237 , the locking member 238 , the first outer protrusion 233 , and the first packing body 230 may be integrally formed.
  • the extension member 237 may extend from the first packing body 230 toward the mid-case 22 .
  • a locking groove 237a may be formed in the extension member 237 .
  • the locking groove 237a may be disposed between the first outer protrusion 233 and the locking member 238 .
  • the mid-case 22 may be inserted into the locking groove 237a.
  • the locking member 238 is coupled to the extension member 237 .
  • the locking member 238 may be disposed outside the mid-case 22 inserted into the locking groove 237a.
  • the mid-case 22 may be disposed between the locking member 238 and the first outer protrusion 233 .
  • the mid-case 22 may also be disposed between the locking member 238 and the first packing body 230 .
  • the fuel cell humidifier 1 can improve the stability of the operation of strengthening the sealing force by using at least one of a dry gas and a wet gas.
  • the first packing member 23 may include a first reinforcing member 239 .
  • the first reinforcing member 239 may be disposed inside the first packing body 230 .
  • the first reinforcing member 239 may be formed of a material having greater rigidity than that of the first packing body 230 .
  • the first reinforcing member 239 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the first reinforcing member 239 may be implemented to be disposed inside the first packing body 230 through insert molding.
  • the first packing member 23 includes the first outer groove 231 , the first outer member 232 , the first outer protrusion 233 , and the first It may be implemented to include all of the inner groove 234 , the first inner member 235 , and the first inner protrusion 236 .
  • the first packing member 23 may be implemented to include only the first outer groove 231 , the first outer member 232 , and the first outer protrusion 233 . have.
  • the first packing member 23 may be implemented to include only the first inner groove 234 , the first inner member 235 , and the first inner protrusion 236 . have.
  • 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 237 toward the mid-case 22 . 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 and an inner case, but the hollow fiber membranes and the inner case are omitted and only the first potting part is expressed. .
  • 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 the dry gas and the wet gas from being directly mixed through 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 be in close contact with the cartridges 21 and 21' by using at least one of a dry gas and a wet gas. Therefore, the humidifier 1 for fuel cell according to the present invention can implement sealing force to prevent direct mixing of dry gas and wet gas through between the cartridges 21 and 21' without additional configuration, so that the sealing force can lower the cost of strengthening it.
  • the second packing member 24 may be formed of a material capable of elastic deformation.
  • the second packing member 24 may be formed of rubber.
  • the second packing member 24 may include a second packing body 240 .
  • the second packing body 240 constitutes the overall appearance of the second packing member 24 .
  • the second outer surface 240a of the second packing body 240 faces the first cap 3 . can be arranged to do so.
  • the second inner surface 240b of the second packing body 240 may be disposed to face the inner side of the mid-case 22 .
  • the second inner surface 240b may be disposed to face the partition member.
  • the second inner surface 240b and the second outer surface 240a may be disposed to face opposite directions.
  • the second packing member 24 may include a second outer groove 241 and a plurality of second outer members 242 and 242 ′.
  • the second outer groove 241 is to accommodate the drying gas.
  • the second outer groove 241 may be formed in the second outer surface 240a. Accordingly, since the second outer groove 241 is disposed to face the first cap 3 , it is possible to accommodate the drying gas located between the first cap 3 and the cartridge 21 . .
  • the second outer members 242 and 242' are in contact with the cartridges 21 and 21' between the second outer groove 241 and the cartridges 21 and 21'. According to the pressure of the drying gas accommodated in the second outer groove 241, the second outer members 242 and 242' are compressed toward the cartridges 21 and 21', so that the cartridges 21 and 21 are compressed. ') can be attached to each. Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the second packing member 24 and the cartridges 21 and 21 ′ use the pressure of the drying gas accommodated in the second outer groove 241 . The sealing force between the two can be strengthened. The second outer members 242 and 242 ′ may be in close contact with the first potting part 212 .
  • the second outer groove 241 may be disposed between the second outer members 242 and 242'. Accordingly, the pressure of the drying gas accommodated in the second outer groove 241 may act in a direction to increase the distance between the second outer members 242 and 242'.
  • the second outer members 242 and 242', and the second packing body 240 may be integrally formed.
  • the second packing member 24 may include a second inner groove 243 and second inner members 244 and 244 ′.
  • the second inner groove 243 is to receive the wet gas.
  • the second inner groove 243 may be formed in the second inner surface 240b. Accordingly, since the second inner groove 243 is disposed to face the inner side of the mid-case 22 , it is possible to accommodate the wet gas located inside the mid-case 22 . In this case, the humidifying gas located between the outer surfaces of each of the cartridges 21 and 21 ′ may be accommodated in the second inner groove 243 .
  • the second inner members 244 and 244' are in contact with the cartridges 21 and 21' between the second inner groove 243 and the cartridges 21 and 21'. According to the pressure of the wet gas accommodated in the second inner groove 243, the second inner members 244 and 244' are compressed toward the cartridges 21 and 21' and the cartridges 21 and 21'. ) can be attached to each. Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the second packing member 24 and the cartridges 21 and 21 ′ use the pressure of the wet gas accommodated in the second inner groove 243 . The sealing force between the two can be strengthened.
  • the second inner members 244 and 244' may be in close contact with the inner case 210 of each of the cartridges 21 and 21'.
  • the second inner members 244 and 244' are partially in close contact with the first potting parts 212 and 212' of the cartridges 21 and 21', and a part of the cartridges 21 and 21'. They may be in close contact with each inner case 210 .
  • the second inner groove 243 may be disposed between the second inner members 244 and 244 ′. Accordingly, the pressure of the wet gas accommodated in the second inner groove 243 may act in a direction to increase the distance between the second inner members 244 and 244 ′.
  • the second inner members 244 and 244' and the second packing body 240 may be integrally formed.
  • the second packing member 24 and the first packing member 23 may be integrally formed. Accordingly, the second packing member 24 and the first packing member 23 can be installed through one insertion operation. Therefore, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, even when a plurality of cartridges 21 are coupled to the mid-case 22, between the mid-case 22 and the cartridge 21 and the It is possible to improve the easiness of the operation of sealing between the cartridges (21).
  • the second packing member 24 may include a second reinforcing member 245 .
  • the second reinforcing member 245 may be disposed inside the second packing body 240 .
  • the second reinforcing member 245 may be formed of a material having greater rigidity than that of the second packing body 240 .
  • the second reinforcing member 245 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the second reinforcing member 245 may be implemented to be disposed inside the second packing body 240 through insert molding.
  • the second packing member 24 includes the second outer groove 241 , the second outer members 242 and 242 ′, and the second inner groove 243 .
  • the second inner members 244 and 244' may be implemented to include both.
  • the second packing member 24 may be implemented to include only the second outer groove 241 and the second outer members 242 and 242'.
  • the second packing member 24 may be implemented to include only the second inner groove 243 and the second inner members 244 and 244 ′.
  • 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.
  • the two second packing members 24 on one side of the humidification module 2 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, as the number of cartridges 21 coupled to the mid-case 22 increases, the second packing members 24 and 24 ') can be increased.
  • the humidification module 2 may include a first elastic member 25 .
  • the first packing member 23 may be in close contact with the cartridge 21 using the elastic force of the first elastic member 25 . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, the sealing force for preventing the dry gas and the wet gas from directly mixing can be strengthened by using the first elastic member 25 . Therefore, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention can improve the stability of the humidifying process of humidifying the dry gas.
  • the first elastic member 25 is coupled to the first packing member 23 .
  • the first elastic member 25 may use an elastic force to bring the first packing member 23 into close contact with the cartridge 21 .
  • the first elastic member 25 may be implemented as a spring having an elastic force.
  • the first elastic member 25 may be formed in a ring shape.
  • the first elastic member 25 may be inserted into the first outer groove 231 .
  • the first elastic member 25 compresses the first outer member 232 toward the cartridge 21 using an elastic force, thereby bringing the first outer member 232 into close contact with the cartridge 21 .
  • the sealing force between the first packing member 23 and the cartridge 21 can be strengthened by using the elastic force of the first elastic member 25 .
  • the first outer member 232 may be compressed toward the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 to be in close contact with the cartridge 21 .
  • the first outer member 232 may be in close contact with the first potting part 212 .
  • the first packing member 23 uses the pressure of the drying gas to form the cartridge ( 21) can be adhered to. Since both the drying gas and the wet gas flow at a considerable amount of pressure during the humidification process, the drying gas has a pressure sufficient to compress the first packing member 23 toward the cartridge 21 . Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, in addition to using the elastic force of the first elastic member 25, the first packing member 23 is heated by using the pressure of the drying gas during the humidification process. It is implemented so as to be more strongly in close contact with the cartridge 21 .
  • the humidifier 1 for fuel cell according to the present invention can further strengthen the sealing force for preventing the dry gas and the wet gas from being directly mixed.
  • the sealing force can be further strengthened without additional configuration. Therefore, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention can lower the cost for further strengthening the sealing force.
  • the first outer groove 231 is 1 It can accommodate the drying gas located between the cap (3) and the cartridge (21).
  • the first outer member 232 may be compressed toward the cartridge 21 according to the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 to be in close contact with the cartridge 21 .
  • the first elastic member 25 may be disposed inside the first packing body 230 as shown in FIG. 16 .
  • the first elastic member 25 compresses the first packing body 230 toward the cartridge 21 using an elastic force, thereby bringing the first packing body 230 into close contact with the cartridge 21 .
  • the first outer member 232 is brought into close contact with the cartridge 21 by using the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 , and also It is implemented so that the first packing body 230 can be brought into close contact with the cartridge 21 by using the elastic force of the first elastic member 25 .
  • the first packing member 23 can be closely attached to the cartridge 21, and thus the sealing force can be strengthened with a double structure.
  • the first elastic member 25 may be implemented to be disposed inside the first packing body 230 through insert molding.
  • the first elastic member 25 may be disposed on the first inner surface 230b side to bring the first packing member 23 into close contact with the cartridge 21 .
  • the first elastic member 25 may be inserted into the first inner groove 234 to be in contact with the first inner member 235 . Accordingly, the first elastic member 25 may use the elastic force to bring the first inner member 235 into close contact with the cartridge 21 .
  • the sealing force between the first packing member 23 and the cartridge 21 can be strengthened by using the elastic force of the first elastic member 25 .
  • the first inner member 235 may be compressed toward the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 to be in close contact with the cartridge 21 .
  • the first inner member 235 may be in close contact with the inner case 210 .
  • a part of the first inner member 235 may be in close contact with the first potting part 212 and a part of the first inner member 235 may be in close contact with the inner case 210 .
  • the first packing member 23 uses the pressure of the wet gas to form the cartridge ( 21) can be adhered to. Accordingly, in the fuel cell humidifier 1 according to the present invention, in addition to using the elastic force of the first elastic member 25, the first packing member 23 is heated by using the pressure of the wet gas during the humidification process. It is implemented so as to be more strongly in close contact with the cartridge 21 .
  • the first inner groove 234 is 1 It can accommodate the wet gas located between the cap (3) and the cartridge (21).
  • the first inner member 235 may be compressed toward the cartridge 21 according to the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 to be in close contact with the cartridge 21 .
  • the first packing member 23 has the first outer member 232 attached to the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 disposed in the first outer groove 231 .
  • the first inner member 235 may be implemented to be in close contact with the cartridge 21 by the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 .
  • the first outer member 232 may be in close contact with the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 and the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 .
  • the first packing member 23 is attached to the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 disposed in the first inner groove 234 .
  • the first outer member 232 may be implemented to be in close contact with the cartridge 21 by the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 .
  • the first inner member 235 may be in close contact with the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 and the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 .
  • the first packing member 23 is the first packing body 230 by the elastic force of the first elastic member 25 disposed in the inside of the first packing body 230 is the cartridge 21 ) as well as in close contact with the first inner member 235 by the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 may be implemented to be in close contact with the cartridge (21).
  • the first packing member 23 is the first packing body 230 by the elastic force of the first elastic member 25 disposed in the inside of the first packing body 230 is the cartridge 21 ), the first outer member 232 is in close contact with the cartridge 21 by the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 , and the wetness accommodated in the first inner groove 234 .
  • the first inner member 235 may be implemented to be in close contact with the cartridge 21 by the pressure of the gas.
  • the humidification module 2 may include a second elastic member 26 .
  • the second elastic member 26 is coupled to the first packing member 23 .
  • the second elastic member 26 may use an elastic force to bring the first packing member 23 into close contact with the cartridge 21 .
  • the second elastic member 26 may be implemented as a spring having an elastic force.
  • the second elastic member 26 may be formed in a ring shape.
  • the second elastic member 26 may be inserted into the first inner groove 234 .
  • the second elastic member 26 compresses the first inner member 235 toward the cartridge 21 using an elastic force, thereby bringing the first inner member 235 into close contact with the cartridge 21 .
  • the first elastic member 25 may use an elastic force in the state disposed in the first outer groove 231 to bring the first outer member 232 into close contact with the cartridge 21 .
  • the first inner member 235 and the first outer side using the elastic force of the second elastic member 26 and the elastic force of the first elastic member 25 are used.
  • the member 232 may be in close contact with the cartridge 21 .
  • different parts of the first packing member 23 can be closely attached to the cartridge 21, and thus, the sealing force can be strengthened with a double structure.
  • the first inner member 235 can be more strongly adhered to the cartridge 21 by the elastic force of the second elastic member 26 and the pressure of the wet gas accommodated in the first inner groove 234 .
  • the first outer member 232 may be more strongly attached to the cartridge 21 by the elastic force of the first elastic member 25 and the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 .
  • any one of the second elastic member 26 and the first elastic member 25 is disposed inside the first packing body 230, and the other elastic member is the second elastic member. It may be disposed in any one of the first inner groove 234 and the first outer groove 231 .
  • the humidification module 2 may include a plurality of the first elastic members 25 .
  • the first elastic members 25 and 25' are inserted into the first outer groove 231 and the second outer groove 241, respectively, so that the first packing member 23 and the second packing member 24 are inserted. ) may be in close contact with the cartridges 21 and 21'.
  • the first elastic members 25 and 25' are disposed in a shape to surround each of the cartridges 21 and 21', so that the first packing member 23 and the second packing member 24 are attached to the cartridge. It can be elastically pressed toward the (21, 21').
  • the pressure of the drying gas accommodated in each of the first outer groove 231 and the second outer groove 241 and the first elastic members 25 and 25' ) by using the elastic force of the first packing member 23 and the second packing member 24 is implemented so as to be in close contact with the cartridges (21, 21'). Therefore, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention can strengthen the sealing force with a double structure.
  • the humidifying module 2 may include the first elastic members 25 and 25 ′ and additionally include a plurality of the second elastic members 26 .
  • the second elastic members 26 and 26' are inserted into the first inner groove 234 and the second inner groove 243, respectively, so that the first packing member 23 and the second packing member 24 are inserted. ) may be in close contact with the cartridges 21 and 21'.
  • the second elastic members 26 and 26' are disposed to surround each of the cartridges 21 and 21', so that the first packing member 23 and the second packing member 24 are attached to the cartridge. It can be elastically pressed toward the (21, 21').
  • the pressure of the drying gas accommodated in each of the first inner groove 234 and the second inner groove 243 and the second elastic members 26 and 26' ) by using the elastic force of the first packing member 23 and the second packing member 24 is implemented so as to be in close contact with the cartridges (21, 21'). Therefore, the fuel cell humidifier 1 according to the present invention can further strengthen the sealing force.
  • each of the first elastic members 25 and 25' is inserted into the first inner groove 234 and the second inner groove 243, so that the first packing member (23) and the second packing member 24 may be implemented to be in close contact with the cartridges (21, 21').
  • the first elastic members 25 and 25' are inserted into the first inner groove 234 and the second inner groove 243 in a shape surrounding each of the cartridges 21 and 21', so that the It is possible to elastically press the first packing member 23 and the second packing member 24 toward the cartridges 21 and 21'.
  • the cartridge 21 may include a first support 214 .
  • the first packing member 23 may be implemented to be in close contact with the cartridge 21 using compression through an interference fit.
  • the first support 214 may be coupled to the first potting part 212 .
  • the first support 214 may be disposed to surround the circumference of the first potting part 212 . Accordingly, the first potting part 212 may be disposed inside the first support 214 .
  • the first support 214 may be formed in a ring shape.
  • the first support 214 may be disposed to protrude to the outside of the first potting part 212 . Accordingly, in the process in which the first packing member 23 is inserted between the mid-case 22 and the cartridge 21 , between the mid-case 22 and the first support 214 . A portion of the first packing member 23 disposed on the can be compressed as it is press-fitted. Accordingly, the sealing force using the first packing member 23 can be further strengthened.
  • the first support 214 may be supported by the inner case 210 through a hook coupling so that movement in the second axial direction (Y-axis direction) is restricted.
  • the second axial direction (Y-axis direction) is an axial direction perpendicular to the first axial direction (X-axis direction), in a direction in which the first cap 3 and the second cap 4 are spaced apart from each other.
  • the first packing member 23 may be inserted between the cartridge 21 and the mid-case 22 .
  • the first support 214 may be formed of a material having greater rigidity than that of the first packing member 23 .
  • the first support 214 may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the first support 214 may be implemented to have a shorter length than that of the first packing member 23 based on the second axial direction (Y-axis direction). For example, as shown in FIG. 20 , the first support 214 does not exist between the first outer member 232 and the first potting part 212 , and the first packing body 230 and It may be implemented such that the first support 214 exists only between the first potting parts 212 . Accordingly, the first outer member 232 may be compressed according to the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 to be in close contact with the first potting part 212 . The first packing body 230 may be compressed as it is press-fitted between the mid-case 22 and the first support 214 to be in close contact with the first support 214 .
  • the first support 214 is implemented to have the same length as the first packing member 23 with respect to the second axial direction (Y-axis direction) or to a longer length than the first packing member 23 . may be implemented.
  • the first support 214 is present between the first outer member 232 and the first potting part 212 and the first packing body 230 and The first support 214 may also exist between the first potting parts 212 .
  • the first outer member 232 and the first packing body 230 is compressed as it is press-fitted between the mid-case 22 and the first support 214, so that the first support ( 214) can be adhered to.
  • the first outer member 232 may be in close contact with the cartridge 21 using both compression by the first support 214 and the pressure of the drying gas accommodated in the first outer groove 231 . have.
  • the first support 214 When the first support 214 is implemented to be in contact with both the first outer member 232 and the first packing body 230 , the first support 214 is the first potting part through a casting process. In the process of forming the 212, it may be used as a potting cap. In this case, as shown by a dotted line in FIG. 21 , the first potting part 212 is formed through a casting process in a state in which the first support 214 is coupled to the inner case 210 and implemented as a potting cap. After that, through a cutting process of cutting a part CP of the first support 214 and a part of the first potting part 212 so that the hollows of the hollow fiber membranes 211 are opened, the cartridge ( 21) can be prepared.
  • the embodiment using the first support 214 as the potting cap may omit the process of assembling the potting cap and the process of removing the forking cap. . Accordingly, the embodiment using the first support 214 as a potting cap can reduce manufacturing cost and increase productivity through shortening of manufacturing time.
  • the cartridge 21 may include a second support (not shown).
  • the second support may be coupled to the second potting part 213 . Since the second support 215 and the first support 214 are implemented with the same structure only with a different position, it is important to understand the structure of the second support from the description of the first support 214 . It is obvious to those skilled in the art to which the invention pertains. Accordingly, a detailed description of the second support will be omitted.
  • the first cap 3 may include a first pressing protrusion 32 .
  • the first pressing protrusion 32 protrudes from the first pressing member 31 .
  • the first pressing protrusion 32 compresses the extension member 237 toward the mid-case 22 to the extension member ( 237) may be in close contact with the mid-case 22 .
  • the first pressing protrusion 32 can further strengthen the sealing force between the first cap 3 and the mid-case 22 , as well as the fixing force for the first packing member 23 . can be further strengthened.
  • the first pressing protrusion 32 may be formed to decrease in size as it protrudes from the first pressing member 31 .
  • the first pressing protrusion 32 may be formed in a ring shape.
  • the first cap 3 may include a first support member 33 .
  • the first support member 33 may be inserted into the first outer groove 231 to support the first packing body 230 . Accordingly, the first support member 33 restricts the movement of the first packing member 23, thereby preventing the first packing member 23 from being separated due to vibration and shaking.
  • the first support member 33 may be formed to a length capable of compressing the first packing body 230 . In this case, the first support member 33 may allow the first outer groove 231 to be maintained in a size sufficient to accommodate the battery fluid through compression of the first packing body 230 .
  • the first support member 33 may further strengthen the adhesion of the first packing member 23 to the cartridge 21 through compression of the first packing body 230 .
  • the first support member 33 may be formed in a ring shape.
  • the second cap 4 may include a second pressing member, a second pressing protrusion, and a second supporting member.
  • the second pressing member, the second pressing protrusion, and the second supporting member are approximately equal to each of the first pressing member 31 , the first pressing projection 32 , and the first supporting member 33 . Since the implementation is consistent, a detailed description thereof will be omitted.
  • the cartridges 21 and 21 ′ are the first supports 214 and 214 . ') may be included.
  • the first supports 214 and 214' may be disposed to surround the periphery of the cartridges 21 and 21'. Accordingly, in the process in which the second packing member 24 is inserted between the cartridges 21 and 21', the second packing member disposed between the first supports 214 and 214'.
  • the portion of (24) can be extruded as it is press fit. Accordingly, the sealing force using the second packing member 24 can be further strengthened.
  • Each of the first supports 214 and 214 ′ may be formed of a material having greater rigidity than that of the second packing member 24 .
  • the first supports 214 and 214' may be formed of metal, plastic, or the like.
  • the first supports 214 and 214' may be implemented to have a shorter length than that of the second packing member 24 based on the second axial direction (Y-axis direction).
  • the first supports 214 and 214' are disposed between the second outer members 242 and 242' and the first potting parts 212 and 212'. This may not exist, and the first supports 214 and 214' may be present only between the second packing body 240 and the first potting parts 212 and 212'.
  • the second outer members 242 and 242' may be compressed according to the pressure of the drying gas accommodated in the second outer groove 241 to be in close contact with the first potting parts 212 and 212'.
  • the second packing body 240 may be compressed as it is press-fitted between the first supports 214 and 214' to be in close contact with the first supports 214 and 214'.
  • the first supports 214 and 214 ′ are implemented to have the same length as the second packing member 24 with respect to the second axial direction (Y-axis direction) or compared to the second packing member 24 . It may be implemented with a longer length. For example, as shown in FIG. 24 , the first supports 214 and 214' are present between the second outer members 242 and 242' and the first potting parts 212 and 212'. In addition, it may be implemented such that the first supports 214 and 214' are also present between the second packing body 240 and the first potting parts 212 and 212'.
  • the second outer members 242, 242' and the second packing body 240 are compressed as they are press-fitted between the first supports 214 and 214', so that the first supports (214, 214').
  • the second outer members 242 and 242' use both compression by the first supports 214 and 214' and the pressure of the drying gas accommodated in the second outer groove 241 to form the It can be in close contact with the cartridges (21, 21').

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 포함하며, 상기 제1 패킹부재는 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 카트리지에 밀착되는 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 유출구(111b)를 통해 상기 미드-케이스(111)로부터 배출된다. 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 캡을 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 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 카트리지에 밀착될 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 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화할 수 있다. 또한, 본 발명은 추가적인 구성없이 밀폐력을 강화할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 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 6 내지 도 9는 도 2의 I-I 선을 기준으로 제1 패킹부재를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 10은 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드-케이스에 2개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
도 11은 도 10의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 12 및 도 13은 도 10의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재와 제2 패킹부재가 미드-케이스와 카트리지들에 결합된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 14는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기에 있어서 미드-케이스에 3개의 카트리지가 결합되는 실시예에 대한 개략적인 분해 사시도
도 15는 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 16 내지 도 18은 도 2의 I-I 선을 기준으로 제1 패킹부재를 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 19는 도 10의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재와 제2 패킹부재가 미드-케이스와 카트리지들에 결합된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 20 및 도 21은 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
도 22 내지 도 24는 도 10의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 제1 패킹부재와 제2 패킹부재가 미드-케이스와 카트리지들에 결합된 모습을 확대하여 나타낸 개략적인 단면도
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 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 것이다. 건조 기체는 연료가스 또는 공기일 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 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, 건조 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 유입된 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 건조 기체를 가습할 수 있다. 가습된 건조 기체는 상기 중공사막(211)들로부터 유출된 후에 상기 연료전지 스택으로 공급될 수 있다. 건조 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 건조 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 유입되고, 상기 유입공을 통해 상기 카트리지(21)의 내부로 유입되며, 상기 중공사막(211)들의 중공을 따라 흐르던 건조 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 6을 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 건조 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 가습모듈(2)의 타단에 배치된 제1 패킹부재(23')를 도출하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
상기 제1 패킹부재(23)는 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 가습공정이 이루어지는 과정에서 건조 기체와 습윤 기체 모두가 상당한 크기의 압력으로 유동하므로, 건조 기체와 습윤 기체는 각각 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시키기에 충분한 압력을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 가습공정이 이루어지는 과정에서 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체와 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 추가적인 구성없이 구현할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23)는 탄성변형(Elastic Deformation)이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 패킹부재(23)는 고무류로 형성될 수 있다. 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이를 밀폐하도록 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 패킹본체(230)를 포함할 수 있다. 상기 제1 패킹본체(230)는 상기 제1 패킹부재(23)의 전체적인 외관을 이루는 것이다. 상기 제1 패킹본체(230)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22) 사이에 삽입되면, 상기 제1 패킹본체(230)의 제1 외측면(230a)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패킹본체(230)의 제1 내측면(230b)은 상기 미드-케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 제1 내측면(230b)과 상기 제1 외측면(230a)은 서로 반대되는 방향 쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 외측홈(231), 및 제1 외측부재(232)를 포함할 수 있다.
상기 제1 외측홈(231)은 건조 기체를 수용하는 것이다. 상기 제1 외측홈(231)은 상기 제1 외측면(230a)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외측홈(231)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 제1 캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 건조 기체를 수용할 수 있다.
상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 외측홈(231)과 상기 카트리지(21)의 사이에서 상기 카트리지(21)에 접촉된 것이다. 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라, 상기 제1 외측부재(232)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 카트리지(21)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 포팅부(212)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 외측돌기(233)를 포함할 수 있다. 상기 제1 외측돌기(233)는 상기 제1 외측홈(231)과 상기 미드-케이스(22)의 사이에서 상기 미드-케이스(22)에 접촉된 것이다. 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라, 상기 제1 외측돌기(233)는 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 압축되어서 상기 미드-케이스(22)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)가 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 외측돌기(233)를 모두 포함하는 경우, 상기 제1 외측홈(231)은 제1 축 방향(X축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 외측돌기(233)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력은 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 외측돌기(233) 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작동할 수 있다. 따라서, 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력을 이용하여, 상기 제1 외측부재(232)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러 상기 제1 외측돌기(233)가 상기 미드-케이스(22)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 외측부재(232), 상기 제1 외측돌기(233), 및 상기 제1 패킹본체(230)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 내측홈(234), 및 제1 내측부재(235)를 포함할 수 있다.
상기 제1 내측홈(234)은 습윤 기체를 수용하는 것이다. 상기 제1 내측홈(234)은 상기 제1 내측면(230b)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내측홈(234)은 상기 미드-케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 미드-케이스(22)의 내부에 위치한 습윤 기체를 수용할 수 있다. 이 경우, 상기 미드-케이스(22)의 내면과 상기 카트리지(21)의 외면 사이에 위치한 습윤 기체가 상기 제1 내측홈(234)에 수용될 수 있다.
상기 제1 내측부재(235)는 상기 제1 내측홈(234)과 상기 카트리지(21)의 사이에서 상기 카트리지(21)에 접촉된 것이다. 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라, 상기 제1 내측부재(235)는 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 카트리지(21)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제1 내측부재(235)는 상기 이너 케이스(210)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 내측부재(235)는 일부가 상기 제1 포팅부(212)에 밀착됨과 아울러 일부가 상기 이너 케이스(210)에 밀착될 수도 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 제1 내측돌기(236)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내측돌기(236)는 상기 제1 내측홈(234)과 상기 미드-케이스(22)의 사이에서 상기 미드-케이스(22)에 접촉된 것이다. 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라, 상기 제1 내측돌기(236)는 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 압축되어서 상기 미드-케이스(22)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)가 상기 제1 내측부재(235)와 상기 제1 내측돌기(236)를 모두 포함하는 경우, 상기 제1 내측홈(234)은 상기 제1 내측부재(235)와 상기 제1 내측돌기(236)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력은 상기 제1 내측부재(235)와 상기 제1 내측돌기(236) 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작동할 수 있다. 따라서, 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력을 이용하여, 상기 제1 내측부재(235)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러 상기 제1 내측돌기(236)가 상기 미드-케이스(22)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 내측부재(235), 상기 제1 내측돌기(236), 및 상기 제1 패킹본체(230)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제1 패킹부재(23)는 연장부재(237), 및 걸림부재(238)를 포함할 수 있다.
상기 연장부재(237)는 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 연장된 것이다. 상기 연장부재(237)는 상기 제1 외측돌기(233)로부터 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 연장될 수도 있다. 상기 연장부재(237)는 상기 미드-케이스(22)에 지지될 수 있다. 상기 연장부재(237)는 상기 걸림부재(238)와 상기 제1 외측돌기(233)를 연결할 수 있다. 상기 연장부재(237), 상기 걸림부재(238), 상기 제1 외측돌기(233), 및 상기 제1 패킹본체(230)는 일체로 형성될 수도 있다. 상기 연장부재(237)는 상기 제1 패킹본체(230)로부터 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 연장될 수도 있다.
상기 연장부재(237)에는 걸림홈(237a)이 형성될 수 있다. 상기 걸림홈(237a)은 상기 제1 외측돌기(233)와 상기 걸림부재(238)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 걸림홈(237a)에는 상기 미드-케이스(22)가 삽입될 수 있다.
상기 걸림부재(238)는 상기 연장부재(237)에 결합된 것이다. 상기 걸림부재(238)는 상기 걸림홈(237a)에 삽입된 미드-케이스(22)의 외측에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 걸림부재(238)와 상기 제1 외측돌기(233)의 사이에 상기 미드-케이스(22)가 배치될 수 있다. 상기 걸림부재(238)와 상기 제1 패킹본체(230)의 사이에도 상기 미드-케이스(22)가 배치될 수 있다.
이와 같이 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)에 걸림 방식으로 결합되므로, 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화하는 과정에서 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)의 내부로 삽입되는 깊이가 제한될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 밀폐력을 강화하는 작업의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참고하면, 상기 제1 패킹부재(23)는 제1 보강부재(239)를 포함할 수 있다. 상기 제1 보강부재(239)는 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제1 보강부재(239)는 상기 제1 패킹본체(230)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 보강부재(239)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제1 보강부재(239)는 인서트 성형을 통해 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 외측홈(231), 상기 제1 외측부재(232), 상기 제1 외측돌기(233), 상기 제1 내측홈(234), 상기 제1 내측부재(235), 및 상기 제1 내측돌기(236) 모두를 포함하도록 구현될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 외측홈(231), 상기 제1 외측부재(232), 및 상기 제1 외측돌기(233)만을 포함하도록 구현될 수도 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 내측홈(234), 상기 제1 내측부재(235), 및 상기 제1 내측돌기(236)만을 포함하도록 구현될 수도 있다.
도 2 내지 도 9를 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(237)를 상기 미드-케이스(22) 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 10 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 중공사막들과 이너 케이스를 포함하는 것이나, 중공사막들과 이너 케이스가 생략되고 제1 포팅부만 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 카트리지들(21, 21')의 사이를 통해 건조 기체와 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 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 카트리지들(21, 21')의 사이를 통해 건조 기체와 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 추가적인 구성없이 구현할 수 있으므로, 밀폐력을 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다. 상기 제2 패킹부재(24)는 탄성변형(Elastic Deformation)이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 패킹부재(24)는 고무류로 형성될 수 있다.
상기 제2 패킹부재(24)는 제2 패킹본체(240)를 포함할 수 있다. 상기 제2 패킹본체(240)는 상기 제2 패킹부재(24)의 전체적인 외관을 이루는 것이다. 상기 제2 패킹본체(240)가 상기 카트리지들(21, 21') 사이에 삽입되면, 상기 제2 패킹본체(240)의 제2 외측면(240a)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 패킹본체(240)의 제2 내측면(240b)은 상기 미드-케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 미드-케이스(22)의 내부에 격벽부재가 구비된 경우, 상기 제2 내측면(240b)은 상기 격벽부재 쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 상기 제2 내측면(240b)과 상기 제2 외측면(240a)은 서로 반대되는 방향 쪽을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 제2 패킹부재(24)는 제2 외측홈(241), 및 복수의 제2 외측부재들(242, 242')을 포함할 수 있다.
상기 제2 외측홈(241)은 건조 기체를 수용하는 것이다. 상기 제2 외측홈(241)은 상기 제2 외측면(240a)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 외측홈(241)은 상기 제1 캡(3) 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 제1 캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 건조 기체를 수용할 수 있다.
상기 제2 외측부재들(242, 242')은 상기 제2 외측홈(241)과 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에서 상기 카트리지들(21, 21')에 접촉된 것이다. 상기 제2 외측홈(241)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라, 상기 제2 외측부재들(242, 242')은 상기 카트리지들(21, 21')들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들(21, 21') 각각에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 외측홈(241)에 수용된 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제2 패킹부재(24)와 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제2 외측부재들(242, 242')은 상기 제1 포팅부(212)에 밀착될 수 있다. 상기 제2 외측홈(241)은 상기 제2 외측부재들(242, 242')의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 외측홈(241)에 수용된 건조 기체의 압력은 상기 제2 외측부재들(242, 242') 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작용할 수 있다. 상기 제2 외측부재들(242, 242'), 및 상기 제2 패킹본체(240)는 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제2 패킹부재(24)는 제2 내측홈(243), 및 제2 내측부재들(244, 244')을 포함할 수 있다.
상기 제2 내측홈(243)은 습윤 기체를 수용하는 것이다. 상기 제2 내측홈(243)은 상기 제2 내측면(240b)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 내측홈(243)은 상기 미드-케이스(22)의 내부 쪽을 향하도록 배치되므로, 상기 미드-케이스(22)의 내부에 위치한 습윤 기체를 수용할 수 있다. 이 경우, 상기 카트리지들(21, 21') 각각의 외면 사이에 위치한 습윤 기체가 상기 제2 내측홈(243)에 수용될 수 있다.
상기 제2 내측부재들(244, 244')은 상기 제2 내측홈(243)과 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에서 상기 카트리지들(21, 21')에 접촉된 것이다. 상기 제2 내측홈(243)에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라, 상기 제2 내측부재들(244, 244')은 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들(21, 21') 각각에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 내측홈(243)에 수용된 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 제2 패킹부재(24)와 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제2 내측부재들(244, 244')은 상기 카트리지들(21, 21') 각각이 갖는 이너 케이스(210)에 밀착될 수 있다. 상기 제2 내측부재들(244, 244')은 일부가 상기 카트리지들(21, 21')의 제1 포팅부들(212, 212')에 밀착됨과 아울러 일부가 상기 카트리지들(21, 21') 각각이 갖는 이너 케이스(210)에 밀착될 수도 있다. 상기 제2 내측홈(243)은 상기 제2 내측부재들(244, 244')의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 내측홈(243)에 수용된 습윤 기체의 압력은 상기 제2 내측부재들(244, 244') 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 작용할 수 있다. 상기 제2 내측부재들(244, 244') 및 상기 제2 패킹본체(240)는 일체로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 제2 패킹부재(24)와 상기 제1 패킹부재(23)는 일체로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 한번의 삽입작업을 통해 상기 제2 패킹부재(24)와 상기 제1 패킹부재(23)를 설치할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 미드-케이스(22)에 상기 카트리지(21)가 복수개 결합된 경우에도, 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21)의 사이 및 상기 카트리지(21)들의 사이를 밀폐시키는 작업의 용이성을 향상시킬 수 있다.
도 13을 참고하면, 상기 제2 패킹부재(24)는 제2 보강부재(245)를 포함할 수 있다. 상기 제2 보강부재(245)는 상기 제2 패킹본체(240)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 제2 보강부재(245)는 상기 제2 패킹본체(240)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 보강부재(245)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 상기 제2 보강부재(245)는 인서트 성형을 통해 상기 제2 패킹본체(240)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제2 패킹부재(24)는 상기 제2 외측홈(241), 상기 제2 외측부재들(242, 242'), 상기 제2 내측홈(243), 및 상기 제2 내측부재들(244, 244') 모두를 포함하도록 구현될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제2 패킹부재(24)는 상기 제2 외측홈(241) 및 상기 제2 외측부재들(242, 242')만을 포함하도록 구현될 수도 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제2 패킹부재(24)는 상기 제2 내측홈(243) 및 상기 제2 내측부재들(244, 244')만을 포함하도록 구현될 수도 있다.
도 10 내지 도 13에는 상기 미드-케이스(22)에 2개의 카트리지(21)가 결합되는 것으로 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 증가하는 만큼 상기 제2 패킹부재들(24, 24')의 개수가 증가할 수 있다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 상기 가습 모듈(2)은 제1 탄성부재(25)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 탄성부재(25)가 갖는 탄성력을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 탄성부재(25)를 이용하여 건조 기체와 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 강화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체를 가습하는 가습공정에 대한 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 탄성부재(25)는 상기 제1 패킹부재(23)에 결합된 것이다. 상기 제1 탄성부재(25)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 상기 제1 탄성부재(25)는 탄성력을 갖는 스프링(Spring)으로 구현될 수 있다. 상기 제1 탄성부재(25)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 탄성부재(25)는 상기 제1 외측홈(231)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 탄성부재(25)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 외측부재(232)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시킴으로써, 상기 제1 외측부재(232)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 카트리지(21)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축됨으로써 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 포팅부(212)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 패킹부재(23)가 상기 제1 외측홈(231)과 상기 제1 외측부재(232)를 포함하는 경우, 상기 제1 패킹부재(23)는 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 가습공정이 이루어지는 과정에서 건조 기체와 습윤 기체 모두가 상당한 크기의 압력으로 유동하므로, 건조 기체는 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시키기에 충분한 압력을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하는 것에 더하여 가습공정이 이루어지는 과정에서 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 더 강하게 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체와 습윤 기체가 직접적으로 혼합되는 것을 방지하기 위한 밀폐력을 더 강화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 건조 기체의 압력을 이용하므로, 추가적인 구성없이 밀폐력을 더 강화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 밀폐력을 더 강화하기 위한 비용을 낮출 수 있다.
이와 같이 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력과 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시키는 경우, 상기 제1 외측홈(231)은 상기 제1 캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 건조 기체를 수용할 수 있다. 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 탄성부재(25)는 도 16에 도시된 바와 같이 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 탄성부재(25)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹본체(230)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시킴으로써, 상기 제1 패킹본체(230)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 외측부재(232)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킴과 아울러 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹본체(230)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 패킹부재(23)의 서로 다른 부분을 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있으므로, 이중구조로 밀폐력을 강화할 수 있다. 상기 제1 탄성부재(25)는 인서트 성형을 통해 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치되도록 구현될 수 있다.
도 17을 참고하면, 상기 제1 탄성부재(25)는 상기 제1 내측면(230b) 쪽에 배치되어서 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수도 있다. 상기 제1 탄성부재(25)는 상기 제1 내측부재(235)에 접촉되도록 상기 제1 내측홈(234)에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 탄성부재(25)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 내측부재(235)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 카트리지(21)의 사이에 대한 밀폐력을 강화할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내측부재(235)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축됨으로써 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 내측부재(235)는 상기 이너 케이스(210)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 내측부재(235)는 일부가 상기 제1 포팅부(212)에 밀착됨과 아울러 일부가 상기 이너 케이스(210)에 밀착될 수도 있다.
상기 제1 패킹부재(23)가 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제1 내측부재(235)를 포함하는 경우, 상기 제1 패킹부재(23)는 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하는 것에 더하여 가습공정이 이루어지는 과정에서 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 더 강하게 밀착시킬 수 있도록 구현된다.
이와 같이 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력과 습윤 기체의 압력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시키는 경우, 상기 제1 내측홈(234)은 상기 제1 캡(3)과 상기 카트리지(21)의 사이에 위치한 습윤 기체를 수용할 수 있다. 상기 제1 내측부재(235)는 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 외측홈(231)에 배치된 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 제1 외측부재(232)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러, 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 의해 상기 제1 내측부재(235)가 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력과 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 의해 상기 카트리지(21)에 밀착될 수도 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 내측홈(234)에 배치된 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 제1 내측부재(235)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러, 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 의해 상기 제1 외측부재(232)가 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 내측부재(235)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력과 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 의해 상기 카트리지(21)에 밀착될 수도 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치된 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 제1 패킹본체(230)가 상기 카트리지(21)에 밀착됨과 아울러, 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 의해 상기 제1 내측부재(235)가 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수도 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제1 패킹부재(23)는 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치된 제1 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 상기 제1 패킹본체(230)가 상기 카트리지(21)에 밀착되고, 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 의해 상기 제1 외측부재(232)가 상기 카트리지(21)에 밀착되며, 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 의해 상기 제1 내측부재(235)가 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수도 있다.
도 18을 참고하면, 상기 가습 모듈(2)은 제2 탄성부재(26)를 포함할 수 있다.
상기 제2 탄성부재(26)는 상기 제1 패킹부재(23)에 결합된 것이다. 상기 제2 탄성부재(26)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 상기 제2 탄성부재(26)는 탄성력을 갖는 스프링(Spring)으로 구현될 수 있다. 상기 제2 탄성부재(26)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2 탄성부재(26)는 상기 제1 내측홈(234)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 탄성부재(26)는 탄성력을 이용하여 상기 제1 내측부재(235)를 상기 카트리지(21) 쪽으로 압축시킴으로써, 상기 제1 내측부재(235)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1 탄성부재(25)는 상기 제1 외측홈(231)에 배치된 상태에서 탄성력을 이용하여 상기 제1 외측부재(232)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제2 탄성부재(26)의 탄성력과 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력을 이용하여 상기 제1 내측부재(235)와 상기 제1 외측부재(232)를 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 패킹부재(23)의 서로 다른 부분을 상기 카트리지(21)에 밀착시킬 수 있으므로, 이중구조로 밀폐력을 강화할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내측부재(235)는 상기 제2 탄성부재(26)의 탄성력과 상기 제1 내측홈(234)에 수용된 습윤 기체의 압력에 의해 상기 카트리지(21)에 더 강하게 밀착될 수 있다. 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 탄성부재(25)의 탄성력과 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 의해 상기 카트리지(21)에 더 강하게 밀착될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 탄성부재(26)와 상기 제1 탄성부재(25) 중에서 어느 하나의 탄성부재는 상기 제1 패킹본체(230)의 내부에 배치되고, 나머지 하나의 탄성부재는 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제1 외측홈(231) 중에서 어느 하나에 배치될 수도 있다.
도 10 및 도 19를 참고하면, 상기 가습 모듈(2)은 상기 제1 탄성부재(25)를 복수개 포함할 수도 있다. 상기 제1 탄성부재들(25, 25')은 각각 상기 제1 외측홈(231)과 상기 제2 외측홈(241)에 삽입되어서 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있다. 상기 제1 탄성부재들(25, 25')은 상기 카트리지들(21, 21') 각각을 둘러싸는 형태로 배치되어서 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 탄성적으로 가압할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 외측홈(231)과 상기 제2 외측홈(241) 각각에 수용된 건조 기체의 압력 및 상기 제1 탄성부재들(25, 25')의 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 이중구조로 밀폐력을 강화할 수 있다.
상기 가습 모듈(2)은 상기 제1 탄성부재들(25, 25')을 포함함과 아울러 추가적으로 상기 제2 탄성부재(26)를 복수개 포함할 수도 있다. 상기 제2 탄성부재들(26, 26')은 각각 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제2 내측홈(243)에 삽입되어서 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있다. 상기 제2 탄성부재들(26, 26')은 상기 카트리지들(21, 21') 각각을 둘러싸는 형태로 배치되어서 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 탄성적으로 가압할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제2 내측홈(243) 각각에 수용된 건조 기체의 압력 및 상기 제2 탄성부재들(26, 26')의 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시킬 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기(1)는 밀폐력을 더 강화할 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 가습 모듈(2)은 상기 제1 탄성부재들(25, 25') 각각이 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제2 내측홈(243)에 삽입되어서 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착시키도록 구현될 수도 있다. 상기 제1 탄성부재들(25, 25')은 상기 카트리지들(21, 21') 각각을 둘러싸는 형태로 상기 제1 내측홈(234)과 상기 제2 내측홈(243)에 삽입됨으로써, 상기 제1 패킹부재(23)와 상기 제2 패킹부재(24)를 상기 카트리지들(21, 21') 쪽으로 탄성적으로 가압할 수 있다.
도 2, 도 20 및 도 21을 참고하면, 상기 카트리지(21)는 제1 서포트(214)를 포함할 수 있다. 상기 제1 서포트(214)를 이용하여, 상기 제1 패킹부재(23)는 억지 끼워맞춤(Interference Fit)을 통해 압축을 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착되도록 구현될 수 있다.
상기 제1 서포트(214)는 상기 제1 포팅부(212)에 결합될 수 있다. 상기 제1 서포트(214)는 상기 제1 포팅부(212)의 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 포팅부(212)는 상기 제1 서포트(214)의 내측에 배치될 수 있다. 상기 제1 서포트(214)는 고리 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1 서포트(214)는 상기 제1 포팅부(212)의 외측으로 돌출되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 미드-케이스(22)와 상기 카트리지(21)의 사이에 삽입되는 과정에서, 상기 미드-케이스(22)와 상기 제1 서포트(214)의 사이에 배치된 상기 제1 패킹부재(23)의 부분은 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축될 수 있다. 따라서, 상기 제1 패킹부재(23)를 이용한 밀폐력이 더 강화될 수 있다.
상기 제1 서포트(214)는 제2 축 방향(Y축 방향)으로의 이동이 제한되도록 후크(Hook) 결합을 통해 상기 이너 케이스(210)에 지지될 수 있다. 상기 제2 축 방향(Y축 방향)은 상기 제1 축 방향(X축 방향)에 대해 수직한 축 방향으로, 상기 제1 캡(3)과 상기 제2 캡(4)이 서로 이격된 방향에 대해 평행한 축 방향이다. 상기 제1 서포트(214)가 상기 이너 케이스(210)에 결합된 상태에서 캐스팅 공정을 통해 상기 제1 포팅부(212)가 형성됨으로써, 상기 제1 서포트(214)는 상기 제1 포팅부(212)에 결합되도록 구현될 수 있다. 그 후에 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)와 상기 미드-케이스(22)의 사이에 삽입될 수 있다. 상기 제1 서포트(214)는 상기 제1 패킹부재(23)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 서포트(214)는 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 서포트(214)는 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 패킹부재(23)에 비해 더 짧은 길이로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 20에 도시된 바와 같이 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 포팅부(212)의 사이에는 상기 제1 서포트(214)가 존재하지 않고, 상기 제1 패킹본체(230)와 상기 제1 포팅부(212)의 사이에만 상기 제1 서포트(214)가 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1 포팅부(212)에 밀착될 수 있다. 상기 제1 패킹본체(230)는 상기 미드-케이스(22)와 상기 제1 서포트(214) 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트(214)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 서포트(214)는 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제1 패킹부재(23)와 동일한 길이로 구현되거나 상기 제1 패킹부재(23)에 비해 더 긴 길이로 구현될 수도 있다. 예컨대, 도 21에 도시된 바와 같이 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 포팅부(212)의 사이에 상기 제1 서포트(214)가 존재함과 아울러 상기 제1 패킹본체(230)와 상기 제1 포팅부(212)의 사이에도 상기 제1 서포트(214)가 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 패킹본체(230)는 상기 미드-케이스(22)와 상기 제1 서포트(214) 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트(214)에 밀착될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 외측부재(232)는 상기 제1 서포트(214)에 의한 압축과 상기 제1 외측홈(231)에 수용된 건조 기체의 압력 모두를 이용하여 상기 카트리지(21)에 밀착될 수 있다.
상기 제1 서포트(214)가 상기 제1 외측부재(232)와 상기 제1 패킹본체(230) 모두에 접촉되도록 구현된 경우, 상기 제1 서포트(214)는 캐스팅 공정을 통해 상기 제1 포팅부(212)를 형성하는 과정에서 포팅캡(Potting Cap)으로 사용될 수 있다. 이 경우, 도 21에 점선으로 도시된 바와 같이 상기 제1 서포트(214)가 상기 이너 케이스(210)에 결합되어서 포팅캡으로 구현된 상태에서 캐스팅 공정을 통해 상기 제1 포팅부(212)를 형성한 후에, 상기 중공사막(211)들의 중공이 개방되도록 상기 제1 서포트(214)의 일부분(CP)과 상기 제1 포팅부(212)의 일부분을 절단(Cutting)하는 절단공정을 거쳐 상기 카트리지(21)로 제조될 수 있다. 따라서, 별도의 포팅캡을 사용하는 비교예와 대비할 때, 상기 제1 서포트(214)를 포팅캡으로 사용하는 실시예는 포팅캡을 조립하는 공정, 포킹캡을 제거하는 공정 등을 생략할 수 있다. 따라서, 상기 제1 서포트(214)를 포팅캡으로 사용하는 실시예는 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제조시간 단축을 통해 생산성을 증대시킬 수 있다.
상기 카트리지(21)는 제2 서포트(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제2 서포트는 상기 제2 포팅부(213)에 결합될 수 있다. 상기 제2 서포트(215)와 상기 제1 서포트(214)는 위치만 다를 뿐 서로 동일한 구조로 구현되므로, 상기 제1 서포트(214)에 대한 설명으로부터 상기 제2 서포트의 구조 등을 이해하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다. 이에, 상기 제2 서포트에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 2 및 도 21을 참고하면, 상기 제1 캡(3)은 제1 압박돌기(32)를 포함할 수 있다. 상기 제1 압박돌기(32)는 상기 제1 압박부재(31)로부터 돌출된 것이다. 상기 제1 캡(3)이 상기 가습 모듈(2)의 일단에 결합되면, 상기 제1 압박돌기(32)는 상기 연장부재(237)를 상기 미드-케이스(22) 쪽으로 압축시켜서 상기 연장부재(237)를 상기 미드-케이스(22)에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1 압박돌기(32)는 상기 제1 캡(3)과 상기 미드-케이스(22)의 사이에 대한 밀폐력을 더 강화할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1 패킹부재(23)에 대한 고정력을 더 강화할 수 있다. 상기 제1 압박돌기(32)는 상기 제1 압박부재(31)로부터 돌출될수록 크기가 감소되게 형성될 수 있다. 상기 제1 압박돌기(32)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 캡(3)은 제1 지지부재(33)를 포함할 수 있다. 상기 제1 지지부재(33)는 상기 제1 외측홈(231)에 삽입되어서 상기 제1 패킹본체(230)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 지지부재(33)는 상기 제1 패킹부재(23)의 이동을 제한함으로써, 진동과 흔들림 등으로 인해 상기 제1 패킹부재(23)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제1 지지부재(33)는 상기 제1 패킹본체(230)를 압축시킬 수 있는 길이로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 지지부재(33)는 상기 제1 패킹본체(230)의 압축을 통해 상기 제1 외측홈(231)이 전지용 유체를 수용하기에 충분한 크기로 유지되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제1 지지부재(33)는 상기 제1 패킹본체(230)의 압축을 통해 상기 제1 패킹부재(23)가 상기 카트리지(21)에 밀착되는 밀착력을 더 강화할 수 있다. 상기 제1 지지부재(33)는 고리 형태로 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 제2 캡(4)은 제2 압박부재, 제2 압박돌기, 및 제2 지지부재를 포함할 수 있다. 상기 제2 압박부재, 상기 제2 압박돌기, 및 상기 제2 지지부재는 상술한 제1 압박부재(31), 상기 제1 압박돌기(32), 및 상기 제1 지지부재(33) 각각과 대략 일치하게 구현되므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 22 내지 도 24를 참고하면, 상기 가습 모듈(2)이 복수개의 카트리지들(21, 21')을 포함하는 경우, 상기 카트리지들(21, 21')은 상기 제1 서포트들(214, 214')을 포함할 수 있다. 상기 제1 서포트들(214, 214')은 상기 카트리지들(21, 21')의 둘레를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 패킹부재(24)가 상기 카트리지들(21, 21')의 사이에 삽입되는 과정에서, 상기 제1 서포트들(214, 214')의 사이에 배치된 상기 제2 패킹부재(24)의 부분은 억지 끼워맞춤됨에 따라 압출될 수 있다. 따라서, 상기 제2 패킹부재(24)를 이용한 밀폐력이 더 강화될 수 있다. 상기 제1 서포트들(214, 214')은 각각 상기 제2 패킹부재(24)에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 서포트들(214, 214')은 금속, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 서포트들(214, 214')은 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제2 패킹부재(24)에 비해 더 짧은 길이로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 22와 도 23에 도시된 바와 같이 상기 제2 외측부재들(242, 242')과 상기 제1 포팅부들(212, 212')의 사이에는 상기 제1 서포트들(214, 214')이 존재하지 않고, 상기 제2 패킹본체(240)와 상기 제1 포팅부들(212, 212')의 사이에만 상기 제1 서포트들(214, 214')이 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 외측부재들(242, 242')은 상기 제2 외측홈(241)에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1 포팅부들(212, 212')에 밀착될 수 있다. 상기 제2 패킹본체(240)는 상기 제1 서포트들(214, 214') 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트들(214, 214')에 밀착될 수 있다.
상기 제1 서포트들(214, 214')은 상기 제2 축 방향(Y축 방향)을 기준으로 하여 상기 제2 패킹부재(24)와 동일한 길이로 구현되거나 상기 제2 패킹부재(24)에 비해 더 긴 길이로 구현될 수도 있다. 예컨대, 도 24에 도시된 바와 같이 상기 제2 외측부재들(242, 242')과 상기 제1 포팅부들(212, 212')의 사이에 상기 제1 서포트들(214, 214')이 존재함과 아울러 상기 제2 패킹본체(240)와 상기 제1 포팅부들(212, 212')의 사이에도 상기 제1 서포트들(214, 214')이 존재하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 외측부재들(242, 242')과 상기 제2 패킹본체(240)는 상기 제1 서포트들(214, 214') 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트들(214, 214')에 밀착될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 외측부재들(242, 242')은 상기 제1 서포트들(214, 214')에 의한 압축과 상기 제2 외측홈(241)에 수용된 건조 기체의 압력 모두를 이용하여 상기 카트리지들(21, 21')에 밀착될 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 (24)

  1. 연료전지 스택으로부터 배출된 습윤 기체를 이용하여 외부로부터 공급된 건조 기체를 가습하기 위한 가습 모듈; 및
    상기 가습 모듈의 일단에 결합된 제1 캡을 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 건조 기체와 습윤 기체 중에서 적어도 하나의 압력을 이용하여 상기 카트리지에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡 쪽을 향하도록 배치된 제1 외측면, 상기 제1 캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 건조 기체를 수용하도록 상기 제1 외측면에 형성된 제1 외측홈, 및 상기 제1 외측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 외측부재를 포함하고,
    상기 제1 외측부재는 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 외측홈과 상기 미드-케이스의 사이에서 상기 미드-케이스에 접촉된 제1 외측돌기를 포함하고,
    상기 제1 외측돌기는 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 미드-케이스 쪽으로 압축되어서 상기 미드-케이스에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제1 내측면, 상기 미드-케이스의 내부에 위치한 습윤 기체를 수용하도록 상기 제1 내측면에 형성된 제1 내측홈, 및 상기 제1 내측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 내측부재를 포함하고,
    상기 제1 내측부재는 상기 제1 내측홈에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 내측홈과 상기 미드-케이스의 사이에서 상기 미드-케이스에 접촉된 제1 내측돌기를 포함하고,
    상기 제1 내측돌기는 상기 제1 내측홈에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라 상기 미드-케이스 쪽으로 압축되어서 상기 미드-케이스에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 패킹부재는
    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.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 캡은 상기 연장부재를 상기 미드-케이스 쪽으로 압박하는 제1 압박부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미드-케이스에는 상기 카트리지가 복수개 결합되고,
    상기 가습 모듈은 상기 카트리지들의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들의 사이를 밀폐시키는 제2 패킹부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 패킹부재는 상기 제1 캡 쪽을 향하도록 배치된 제2 외측면, 상기 제2 외측면에 형성된 제2 외측홈, 및 상기 제2 외측홈과 상기 카트리지들의 사이에서 상기 카트리지들 각각에 접촉된 복수의 제2 외측부재를 포함하고,
    상기 제2 외측부재들은 상기 제2 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들 각각에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제2 내측면, 상기 제2 내측면에 형성된 제2 내측홈, 및 상기 제2 내측홈과 상기 카트리지들의 사이에서 상기 카트리지들 각각에 접촉된 복수의 제2 내측부재를 포함하고,
    상기 제2 내측부재들은 상기 제2 내측홈에 수용된 습윤 기체의 압력에 따라 상기 카트리지들 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지들 각각에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재와 상기 제2 패킹부재는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가습 모듈은 상기 제1 패킹부재에 결합된 제1 탄성부재를 포함하고,
    상기 제1 탄성부재는 탄성력을 이용하여 상기 제1 패킹부재를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡 쪽을 향하도록 배치된 제1 외측면, 상기 제1 외측면에 형성된 제1 외측홈, 및 상기 제1 외측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 외측부재를 포함하고,
    상기 제1 탄성부재는 상기 제1 외측홈에 삽입되어서 상기 제1 외측부재를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가습 모듈은 상기 제1 패킹부재에 결합된 제2 탄성부재를 포함하고,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제1 내측면, 상기 제1 내측면에 형성된 제1 내측홈, 및 상기 제1 내측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 내측부재를 포함하며,
    상기 제2 탄성부재는 상기 제1 내측홈에 삽입되어서 상기 제1 내측부재를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제1 내측면, 상기 제1 내측면에 형성된 제1 내측홈, 및 상기 제1 내측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 내측부재를 포함하고,
    상기 제1 탄성부재는 상기 제1 내측홈에 삽입되어서 상기 제1 내측부재를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스와 상기 카트리지의 사이에 배치된 제1 패킹본체를 포함하고,
    상기 제1 탄성부재는 상기 제1 패킹본체의 내부에 배치되어서 상기 제1 패킹본체를 상기 카트리지에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 미드-케이스에는 상기 카트리지가 복수개 결합되고,
    상기 가습 모듈은 상기 카트리지들의 사이에 배치되어서 상기 카트리지들의 사이를 밀폐시키는 제2 패킹부재를 포함하되, 상기 제1 탄성부재를 복수개 포함하며,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡 쪽을 향하도록 배치된 제1 외측면, 상기 제1 외측면에 형성된 제1 외측홈, 및 상기 제1 외측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 외측부재를 포함하고,
    상기 제2 패킹부재는 상기 제1 캡 쪽을 향하도록 배치된 제2 외측면, 상기 제2 외측면에 형성된 제2 외측홈, 및 상기 제2 외측홈과 상기 카트리지들의 사이에서 상기 카트리지들 각각에 접촉된 복수의 제2 외측부재를 포함하며,
    상기 제1 탄성부재들은 각각 상기 제1 외측홈과 상기 제2 외측홈에 삽입되어서 상기 제1 패킹부재와 상기 제2 패킹부재를 상기 카트리지들에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제1 내측면, 상기 제1 내측면에 형성된 제1 내측홈, 및 상기 제1 내측홈과 상기 카트리지의 사이에서 상기 카트리지에 접촉된 제1 내측부재를 포함하고,
    상기 제2 패킹부재는 상기 미드-케이스의 내부 쪽을 향하도록 배치된 제2 내측면, 상기 제2 내측면에 형성된 제2 내측홈, 및 상기 제2 내측홈과 상기 카트리지들의 사이에서 상기 카트리지들 각각에 접촉된 복수의 제2 내측부재를 포함하며,
    상기 가습 모듈은 제2 탄성부재를 복수개 포함하고,
    상기 제2 탄성부재들은 각각 상기 제1 내측홈과 상기 제2 내측홈에 삽입되어서 상기 제1 패킹부재와 상기 제2 패킹부재를 상기 카트리지들에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 건조 기체를 수용하는 제1 외측홈, 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 제1 외측부재, 상기 제1 외측홈과 상기 미드-케이스의 사이에 배치된 제1 외측돌기, 및 상기 제1 외측돌기로부터 상기 미드-케이스 쪽으로 연장된 연장부재를 포함하고,
    상기 제1 캡은 상기 연장부재를 상기 미드-케이스 쪽으로 압박하는 제1 압박부재, 및 상기 제1 압박부재로부터 돌출된 제1 압박돌기를 포함하며,
    상기 제1 압박돌기는 상기 연장부재를 상기 미드-케이스 쪽으로 압축시켜서 상기 연장부재를 상기 미드-케이스에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 건조 기체를 수용하는 제1 외측홈, 및 상기 제1 외측홈이 형성된 제1 패킹본체를 포함하고,
    상기 제1 캡은 상기 제1 외측홈에 삽입되어서 상기 제1 패킹본체를 지지하는 제1 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1 포팅부, 및 상기 제1 포팅부에 결합된 제1 서포트를 포함하고,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 건조 기체를 수용하는 제1 외측홈, 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 제1 외측부재, 및 상기 제1 외측홈이 형성된 제1 패킹본체를 포함하며,
    상기 제1 패킹본체는 상기 미드-케이스와 상기 제1 서포트 사이에 억지 끼워맞춤(Interference Fit)됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트에 밀착되고,
    상기 제1 외측부재는 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 압축되어서 상기 제1 포팅부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 중공사막들의 일측을 고정하는 제1 포팅부, 및 상기 제1 포팅부에 결합된 제1 서포트를 포함하고,
    상기 제1 패킹부재는 상기 제1 캡과 상기 카트리지의 사이에 위치한 건조 기체를 수용하는 제1 외측홈, 상기 제1 외측홈에 수용된 건조 기체의 압력에 따라 상기 카트리지 쪽으로 압축되어서 상기 카트리지에 밀착되는 제1 외측부재, 및 상기 제1 외측홈이 형성된 제1 패킹본체를 포함하며,
    상기 제1 패킹본체와 상기 제1 외측부재는 상기 미드-케이스와 상기 제1 서포트 사이에 억지 끼워맞춤됨에 따라 압축되어서 상기 제1 서포트에 밀착되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 제1 서포트는 상기 제1 패킹부재에 비해 더 큰 강성을 갖는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.
  24. 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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