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JP7550219B2 - ガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器 - Google Patents

ガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器 Download PDF

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Description

本発明は、ガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器に関するものであり、より具体的には、向上した生産性で製造することができ、メンテナンスコストを画期的に削減することができるガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器に関するものである。
燃料電池とは、水素と酸素を結合させて電気を発生させる発電型電池である。燃料電池は、乾電池や蓄電池などの一般的な化学電池とは異なり、水素と酸素が供給される限り、継続的に電気を生産することができ、熱損失がなくて内燃機関よりも効率が２倍ほど高いという利点がある。
また、水素と酸素の結合によって発生する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため、公害物質の排出が少ない。したがって、燃料電池は環境に優しい上、エネルギー消費の増加に伴う資源の枯渇への心配を軽減することができるという利点がある。
こうした燃料電池は、使用される電解質の種類に応じて、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、及びアルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＡＦＣ）などに大きく分類することができる。
これらの各燃料電池は、根本的に同一の原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などがそれぞれ異なる。この中で、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池に比べて低温で動作するという点、及び出力密度が大きくて小型化が可能であるため、小規模の据え置き型発電装備だけでなく輸送システムにおいても最も有望なものであるとされている。
高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の性能を向上させる上で最も重要な要因の一つは、膜－電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）の高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ又はＰｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）に一定量以上の水分を供給することによって、含水率を維持させることである。高分子電解質膜が乾燥されると、発電効率が急激に低下するからである。
高分子電解質膜を加湿する方法としては、１）耐圧容器に水を満たした後、対象気体を拡散器（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）に通過させて水分を供給するバブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）加湿方式、２）燃料電池の反応に必要な供給水分量を計算して、ソレノイドバルブを通してガス流動管に直接水分を供給する直接噴射（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式、及び３）高分子分離膜を用いてガスの流動層に水分を供給する膜加湿方式などが挙げられる。
これらの中でも、排ガス中に含まれる水蒸気のみを選択的に透過させる膜を用いて、水蒸気を、高分子電解質膜に供給される空気に提供することによって、高分子電解質膜を加湿する膜加湿方式が、加湿器を軽量化及び小型化できるという点で有利である。
膜加湿方式に使われる選択的透過膜は、モジュールを形成する場合、単位体積当たりの透過面積の大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を用いて加湿器を製造する場合、接触表面積の広い中空糸膜の高集積化が可能であるので、小容量でも燃料電池の加湿を十分に行うことができ、低コスト素材の使用が可能であり、燃料電池から高温で排出される排ガス（ｏｆｆ－ｇａｓ）に含まれた水分と熱を回収して、加湿器を通して再使用することができるという利点を有する。
図１は、従来技術による燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。図１に示すように、従来技術の燃料電池加湿器１００は、外部から供給される空気と燃料電池スタック（図示せず）から排出される排ガスとの間の水分交換が行われる加湿モジュール１１０及び加湿モジュール１１０の両端に結合されたキャップ１２０を含む。
キャップ１２０のいずれか一方は、外部から供給される空気を加湿モジュール１１０に供給し、他方は、加湿モジュール１１０によって加湿された空気を燃料電池スタックに供給する。
加湿モジュール１１０は、排ガス流入口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｉｎｌｅｔ）１１１ａと排ガス排出口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｏｕｔｌｅｔ）１１１ｂとを有するミッドケース（ｍｉｄ－ｃａｓｅ）１１１及びミッドケース１１１内の多数の中空糸膜１１２を含む。中空糸膜１１２の束の両末端はポッティング部１１３に固定される。ポッティング部１１３は、一般にキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）方式を通じて液状ポリウレタン樹脂などの液状ポリマーを硬化させることによって形成される。
外部から供給される空気は、中空糸膜１１２の中空に沿って流れる。排ガス流入口１１１ａを通してミッドケース１１１内に流入した排ガスは、中空糸膜１１２の外表面と接触した後、排ガス排出口１１１ｂを通してミッドケース１１１から排出される。排ガスが中空糸膜１１２の外表面と接触する際に、排ガス中に含まれていた水分が中空糸膜１１２を透過することによって、中空糸膜１１２の中空に沿って流れる空気を加湿する。
キャップ１２０の内部空間は中空糸膜１１２の中空とのみ流体連通するだけであり、ミッドケース１１１の内部空間とは完全に遮断されていなければならない。そうでなければ、圧力差による空気漏れが発生して、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減少し、燃料電池の発電効率が低下する。
一般に、図１に示すように、多数の中空糸膜１１２の末端が固定されているポッティング部１１３及び、ポッティング部１１３とミッドケース１１１との間の樹脂層１１４が、キャップ１２０の内部空間とミッドケース１１１の内部空間を遮断する。ポッティング部１１３と類似するよう、樹脂層１１４は、一般にキャスティング方式を通じて液状ポリウレタン樹脂などの液状ポリマーを硬化させることによって形成される。
しかし、樹脂層１１４を形成するためのキャスティング工程は相対的に多くの工程時間を要するため、加湿器１００の生産性を低下させる。
また、樹脂層１１４がポッティング部１１３はもちろん、ミッドケース１１１の内壁にも接着されているため、中空糸膜１１２に問題が発生する場合、加湿モジュール１１０全体を交換しなければならないので、莫大なメンテナンスコストが発生する。
さらに、燃料電池の繰り返し運転は、樹脂層１１４とミッドケース１１１との間にギャップ（ｇａｐ）を引き起こす蓋然性が高い。すなわち、燃料電池の運転及び停止が繰り返されるにつれて樹脂層１１４の膨張及び収縮が交互に発生して、ミッドケース１１１と樹脂層１１４との熱膨張係数差により樹脂層１１４がミッドケース１１１から脱落する蓋然性が高い。前述したように、樹脂層１１４とミッドケース１１１との間にギャップが生じると、圧力差による空気漏れが発生して、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減少し、燃料電池の発電効率が低下する。
樹脂層１１４とミッドケース１１１との間のギャップの発生による空気漏れを防止するために、これらの間にシーラント塗布及び／又は外側にガスケット組立体を取り付けることなどといった付加的工程を行うことを考慮することもできるが、このような付加的工程自体も追加の工程時間を要するため、加湿器１００の生産性を低下させる。
また、燃料電池の繰り返し運転は、多数の中空糸膜１１２に振動及び衝撃などの外乱を加えることになり、このような外乱は樹脂層１１４とミッドケース１１１との間、樹脂層１１４とポッティング部１１３との間のギャップ発生を誘発し、これにより圧力差による空気漏れが発生して、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減少し、燃料電池の発電効率が低下する。
本発明は、前述のような関連技術の制限及び欠点に起因する問題を防止することができ、向上した生産性で製造することができる上、メンテナンスコストを画期的に削減することができるガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器を提供することを目的とする。
上記で触れた本発明の観点の他にも、本発明の別の特徴及び利点が以下で説明されるか、或いはそのような説明から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるはずである。
本発明の実施例に係るガスケット組立体は、ミッドケースと、ミッドケースと締結されるキャップと、ミッドケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つのカートリッジとを含む燃料電池加湿器向けのガスケット組立体である。前記ガスケット組立体は、カートリッジの端部が挿入されるホールを備え、ホールに挿入されたカートリッジ端部と密着して水平方向の振動を吸収するパッキン部；パッキン部と連結形成され、ミッドケースの端部に形成された溝とキャップの端部によって形成された空間に介在するエッジ部；及び、カートリッジの外周面に形成され、パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収するダンピング部；を含む。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、パッキン部は、カートリッジ端部が挿入されるホールが形成されたボディ部材と、ボディ部材の一端に形成され、ホールに挿入されたカートリッジ端部と密着して形成された突出部材とを含むことができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、カートリッジは、端部に開口が形成され、複数の中空糸膜が収容されるインナーケースと、複数の中空糸膜の末端部が固定され、インナーケースの開口を閉鎖させるポッティング部とを含むことができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、ポッティング部の少なくとも一部はインナーケースの外側に位置し、突出部材はポッティング部に加圧密着してもよい。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、ポッティング部全体がインナーケースの内側に位置し、突出部材はインナーケースに加圧密着してもよい。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、カートリッジとパッキン部とを接触するように形成されるシーリング部をさらに含み、シーリング部の接着力によってカートリッジの水平及び垂直方向の振動を吸収することができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、パッキン部の上面の少なくとも一部とカートリッジの上面の少なくとも一部にわたって形成されて、カートリッジの垂直方向の振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに含むことができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、パッキン部は、二つ以上のカートリッジをそれぞれ挿入可能な二つ以上のホールを備え、ダンピング部は、二つ以上のカートリッジのそれぞれの外周面に形成されてパッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収することができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、エッジ部は、両方向に突出したエッジウィングを備え、エッジウィングは、ミッドケース端部に形成された溝を埋めながら介在して、ミッドケースの内部と外部、そしてミッドケースとキャップを密封することができる。
本発明の実施例に係るガスケット組立体において、パッキン部とエッジ部のそれぞれは、２０～７０ショア（Ｓｈｏｒｅ）Ａの第１硬度を有し、パッキン部の少なくとも一部とエッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、第１硬度より高い第２硬度を有する補強部材をさらに含むことができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器は、ミッドケース；ミッドケースと締結されるキャップ；ミッドケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つのカートリッジ；キャップが中空糸膜とのみ流体連通することができるよう、機械的組み立てを通じて加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合され、カートリッジの振動を吸収するガスケット組立体；を含む。前記ガスケット組立体は、カートリッジの端部が挿入されるホールを備え、ホールに挿入されたカートリッジ端部と密着して水平方向の振動を吸収するパッキン部；パッキン部と連結形成され、ミッドケースの端部に形成された溝とキャップの端部によって形成された空間に介在するエッジ部；及び、カートリッジの外周面に形成され、パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収するダンピング部；を含む。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、パッキン部は、カートリッジ端部が挿入されるホールが形成されたボディ部材と、ボディ部材の一端に形成され、ホールに挿入されたカートリッジ端部と密着して形成された突出部材とを含むことができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、カートリッジは、端部に開口が形成され、複数の中空糸膜が収容されるインナーケースと、複数の中空糸膜の末端部が固定され、インナーケースの開口を閉鎖させるポッティング部とを含むことができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、ポッティング部の少なくとも一部はインナーケースの外側に位置し、突出部材はポッティング部に加圧密着してもよい。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、ポッティング部全体がインナーケースの内側に位置し、突出部材はインナーケースに加圧密着してもよい。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、カートリッジとパッキン部とを接触するように形成されるシーリング部をさらに含み、シーリング部の接着力によってカートリッジの水平及び垂直方向の振動を吸収することができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、パッキン部の上面の少なくとも一部とカートリッジの上面の少なくとも一部にわたって形成されて、カートリッジの垂直方向の振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに含むことができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、パッキン部は、二つ以上のカートリッジをそれぞれ挿入可能な二つ以上のホールを備え、ダンピング部は、二つ以上のカートリッジのそれぞれの外周面に形成されてパッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収することができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、エッジ部は、両方向に突出したエッジウィングを備え、エッジウィングは、ミッドケース端部に形成された溝を埋めながら介在して、ミッドケースの内部と外部、そしてミッドケースとキャップを密封することができる。
本発明の実施例に係る燃料電池加湿器において、パッキン部とエッジ部のそれぞれは、２０～７０ショア（Ｓｈｏｒｅ）Ａの第１硬度を有し、パッキン部の少なくとも一部とエッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、第１硬度より高い第２硬度を有する補強部材をさらに含むことができる。
本発明によれば、ガスケット組立体の機械的組み立てを通じてミッドケースとキャップとの間の空気漏れを防止するため、従来技術のキャスティング工程（すなわち、液状ポリマーを鋳型に注入し硬化する工程）及び追加のシーリング工程（すなわち、シーラントを塗布し硬化させる工程）などを省略することができる。したがって、本発明によれば、ミッドケースとキャップとの間の空気漏れを防止しながら、燃料電池加湿器の生産工程時間も短縮することにより、その生産性を画期的に向上させることができる。
また、ミッドケースとキャップとの間の空気漏れを防止するための本発明のガスケット組立体は、機械的組み立てを通じて加湿モジュールに取り付けられるため、加湿モジュールの特定の部分に異常が発生した場合、ガスケット組立体を機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理又は交換することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池加湿器のメンテナンスコストを大幅に削減することができる。
また、燃料電池の繰り返し運転に伴って発生する振動などの外乱を低減させて、ミッドケースとキャップとの間の圧力差による空気漏れを防止して、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
従来技術による燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。 本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第３実施例に係るガスケット組立体の変形例を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係るガスケット組立体の変形例を示す断面図である。 本発明の実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第２実施例を示す断面図である。 本発明の実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第３実施例を示す断面図である。 本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。 本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図である。 本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。 本発明の第６実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図である。 本発明の第６実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。
本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるので、特定の実施例を例示し、詳細な説明にて詳しく説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変換、均等物ないし代替物を含むものとして理解されるべきである。
本発明で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味を持たない限り、複数の表現を含む。本発明において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の別の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。以下、図面を参照して本発明の実施例に係るガスケット組立体及びそれを含む燃料電池加湿器について説明する。
図２は、本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図であり、図４は、本発明の第１実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。
図２を参照すれば、本発明の一実施例に係る燃料電池加湿器２００は、外部から供給される空気を燃料電池スタックから排出される排ガス中の水分で加湿する加湿モジュール２１０を含む。加湿モジュール２１０の両末端のそれぞれはキャップ２２０と結合される。
キャップ２２０のいずれか一方は、外部から供給される空気を加湿モジュール２１０に供給し、他方は、加湿モジュール２１０によって加湿された空気を燃料電池スタックに供給する。
加湿モジュール２１０は、外部から供給される空気と排ガスとの間の水分交換が行われる装置であり、排ガス流入口２１１ａと排ガス排出口２１１ｂとを有するミッドケース２１１及びミッドケース２１１内に配置される少なくとも一つのカートリッジ２１２を含むことができる。
ミッドケース２１１とキャップ２２０は、それぞれ独立的に硬質プラスチックや金属で形成されてもよく、円形又は多角形の幅方向の断面を有してもよい。円形は楕円形を含み、多角形は丸い角（ｒｏｕｎｄｅｄ ｃｏｒｎｅｒ）を有する多角形を含む。例えば、硬質プラスチックは、ポリカーボネート、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などであってもよい。
カートリッジ２１２は、多数の中空糸膜２１２ａ及び、これらを互いに固定させ合うポッティング部２１２ｂを含むことができる。例えば、中空糸膜２１２ａの末端がポッティング部２１２ｂに固定されてもよい。
中空糸膜２１２ａは、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、スルホン化ポリスルホン樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、又はこれらの中で少なくとも二つ以上の混合物で形成された高分子膜を含むことができ、ポッティング部２１２ｂは、ディップポッティング、遠心ポッティングなどのキャスティング方式を通じて液状ポリウレタン樹脂などの液状樹脂を硬化させることによって形成することができる。
外部から供給される空気は、中空糸膜２１２ａの中空に沿って流れる。排ガス流入口２１１ａを通してミッドケース２１１内に流入した排ガスは、中空糸膜２１２ａの外表面と接触した後、排ガス排出口２１１ｂを通してミッドケース２１１から排出される。排ガスが中空糸膜２１２ａの外表面と接触する際に、排ガス中に含まれていた水分が中空糸膜２１２ａを透過することによって、中空糸膜２１２ａの中空に沿って流れていた空気を加湿する。
キャップ２２０は、中空糸膜２１２ａの中空とのみ流体連通するだけであり、ミッドケース２１１の内部空間Ｓとは完全に遮断されなければならない。そうでなければ、圧力差による空気漏れが発生して、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減少し、燃料電池の発電効率が低下する。
また、燃料電池の繰り返し運転は、多数の中空糸膜２１２ａが収容されたカートリッジ２１２に振動及び衝撃などの外乱を加えることになり、このような外乱はカートリッジ２１２とミッドケース２１１との間のギャップ発生を誘発し、これにより圧力差による空気漏れが発生して、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減少し、燃料電池の発電効率が低下する。
このような問題を解決するために、本発明の燃料電池加湿器２００は、加湿モジュール２１０の各末端に機械的組み立てを通じて気密に結合されるガスケット組立体２３０をさらに含む。
本発明によれば、ガスケット組立体２３０の機械的組み立てを通じてミッドケース２１１とキャップ２２０との間の空気漏れを防止するため、従来技術のキャスティング工程（すなわち、液状樹脂を鋳型に注入し硬化する工程）及び追加のシーリング工程（すなわち、シーラントを塗布し硬化させる工程）などを省略することができる。したがって、本発明によれば、ミッドケース２１１とキャップ２２０との間の空気漏れを防止しながら、燃料電池加湿器２００の生産工程時間も短縮することにより、その生産性を画期的に向上させることができる。
また、ミッドケース２１１とキャップ２２０との間の空気漏れを防止するための本発明のガスケット組立体２３０は、機械的組み立てを通じて加湿モジュール２１０に取り付けられるため、加湿モジュール２１０の特定の部分（例えば、カートリッジ２１２）に異常が発生した場合、ガスケット組立体２３０を加湿モジュール２１０から機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理又は交換することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池加湿器２００のメンテナンスコストを大幅に削減することができる。
また、燃料電池の繰り返し運転に伴って発生する振動などの外乱を低減させて、ミッドケース２１１とキャップ２２０との間の圧力差による空気漏れを防止して、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
図３及び図４を参照すれば、本発明の第１実施例に係るガスケット組立体２３０は、パッキン部２３１、エッジ部２３２、ダンピング部２３５ａを含む。パッキン部２３１とエッジ部２３２は、２０～７０ショア（Ｓｈｏｒｅ）Ａ、好ましくは３０～６０ショア（Ｓｈｏｒｅ）Ａの第１硬度を有する弾性物質（例えば、シリコーン、ゴムなど）で形成されてもよい。
パッキン部２３１は、カートリッジ２１２の端部（例えば、ポッティング部２１２ｂ）が挿入されるホールＨを備え、ミッドケース２１１とカートリッジ２１２との間に介在する。パッキン部２３１は、ボディ部材２３１ａと突出部材２３１ｂとを含む。
ボディ部材２３１ａは、カートリッジ２１２端部が挿入されるホールＨを備え、ホールＨは、カートリッジ２１２端部の形状に対応する形状で形成される。ボディ部材２３１ａで、ミッドケース２１１側に突出形成された下部ボディ部材２３１ａａは、断面が多角形状（例えば、台形形状）で形成されてもよく、キャップ２２０側に形成された上部ボディ部材２３１ａｂは、平面形状で形成されてもよい。下部ボディ部材２３１ａａとカートリッジポッティング部２１２ｂとの間には、後述するシーリング部２３３が配置される空間が形成されてもよい。また、下部ボディ部材２３１ａａとエッジ部２３２との間には、ミッドケース２１１の端部２１１ａａが嵌合する溝Ｇが形成される。
突出部材２３１ｂは、ホールＨに挿入されたカートリッジポッティング部２１２ｂと接触するようにボディ部材２３１ａの一端に形成される。突出部材２３１ｂは、ボディ部材２３１ａの一端部から突出した少なくとも一つ以上の環形突起であってもよい。突出部材２３１ｂは、弾性力によってカートリッジポッティング部２１２ｂを加圧しながら密着接触して、ミッドケース２１１の空間とキャップ２２０による空間を気密することができる。したがって、突出部材２３１ｂは、ミッドケース２１１内の流体がキャップ２２０側に形成された空間に流れることを防止することができる。また、突出部材２３１ｂは弾性を有しているため、カートリッジ２１２の水平方向（図３においてｘ軸及びｙ軸方向）の振動を吸収することができ、したがって、振動による外乱を低減して、ミッドケース２１１とキャップ２２０との間の圧力差による空気漏れを防止することができる。
エッジ部２３２は、ボディ部材２３１ａの他端に形成される。エッジ部２３２は、ミッドケースの端部に形成された溝２１１ｂｂとキャップの端部２２０ａによって形成された空間に介在してもよい。エッジ部２３２は、両方向に突出したエッジウィング２３２ａ、２３２ｂを備えることができる。エッジウィング２３２ａ、２３２ｂは、加湿モジュール２１０の長手方向に形成されてもよい。組み立て時に、ミッドケース端部の溝２１１ｂｂにエッジウィング２３２ａ、２３２ｂを挿入し、キャップの端部２２０ａがエッジウィング２３２ｂを加圧した後、ボルトＢなどの締結手段で締結して組み立てることができる。このとき、エッジウィング２３２ａ、２３２ｂは弾性を有する物質からなるため、エッジウィング２３２ａ、２３２ｂは、ミッドケース端部の溝２１１ｂｂ空間を一定部分埋めながら介在してもよい。ミッドケース２１１とキャップ２２０の端部の側面には、ボルト締結のための締結孔が形成された締結片２１１ｃｃ、２２０ｃが形成されてもよい。エッジウィング２３２ａ、２３２ｂは、ミッドケース端部の溝２１１ｂｂを気密させてミッドケース２１１の内部と外部、そしてミッドケース２１１とキャップ２２０を密封することができる。
ダンピング部２３５ａは、カートリッジポッティング部２１２ｂの外周面から放射方向に突出して形成されてもよい。ダンピング部２３５ａは、カートリッジポッティング部２１２ｂを形成した後、カートリッジポッティング部２１２ｂの外表面に環形の環状で形成することができる。ダンピング部２３５ａは、少なくとも一部がパッキン部２３１の下面と接触するように形成されてもよい。具体的には、ダンピング部２３５ａは、少なくとも一部が下部ボディ部材２３１ａａの下面と接触するように形成されてもよい。このようなダンピング部２３５ａは、パッキン部２３１によって垂直方向（図３においてｚ軸方向）の移動が抑制されて、カートリッジ２１２の垂直方向の振動を吸収することができる。したがって、振動による外乱を低減することができる。
すなわち、パッキン部２３１は、カートリッジ２１２の水平方向の振動を吸収し、ダンピング部２３５ａは、カートリッジ２１２の垂直方向の振動を吸収して振動による外乱を低減して、ミッドケース２１１とキャップ２２０との間の圧力差による空気漏れを防止することができる。
また、ガスケット組立体２３０は、補強部材２３４をさらに含むことができる。補強部材２３４は、第１硬度より高い第２硬度を有することができる。例えば、補強部材２３４は、金属、熱可塑性又は熱硬化性樹脂などで形成することができる。補強部材２３４は、ガスケット組立体２３０を成形する際に、金型に金属プレートを挿入した後に製造することにより、ガスケット組立体２３０内に挿入されて形成することができる。補強部材２３４は、パッキン部２３１の少なくとも一部とエッジ部２３２の少なくとも一部に挿入されて形成することができる。補強部材２３４は、ガスケット組立体２３０のうち変形に弱い部分（溝Ｇが形成された部分）に形成することができる。パッキン部２３１及びエッジ部２３２より高い硬度を有する補強部材２３４は、ガスケット組立体２３０を加湿モジュール２１０に機械的に組み立てる際、又は加湿器の運転中にボディ部材２３１ａの変形が生じることを防ぐことにより、空気漏れをより確実に担保することができる。
次に、図５～図７を参照して、本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器について説明する。図５は、本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図であり、図６は、本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図であり、図７は、本発明の第２実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。
図５～図７を参照すれば、本発明の第２実施例に係るガスケット組立体は、前述した第１実施例と同様に、パッキン部２３１、エッジ部２３２、ダンピング部２３５ａを含み、追加でダンピングキャップ部２３５ｂをさらに含む。パッキン部２３１、エッジ部２３２、ダンピング部２３５ａは、前述した第１実施例と実質的に同一であるため、繰り返しの説明は省略する。
図５～図７に示すように、ダンピングキャップ部２３５ｂは、パッキン部２３１の上面の少なくとも一部とカートリッジ２１２のポッティング部２１２ｂの上面の少なくとも一部にわたって形成されてもよい。
ダンピングキャップ部２３５ｂは、ポッティング部２１２ｂの外周面と接するように、又は所定の距離で離隔して形成されてもよく、ポッティング部２１２ｂの上面とは接するように形成されてもよい。ダンピングキャップ部２３５ｂは、一体型で概ね環状で形成されてもよいし、又は複数個の「逆Ｌ字」形状が所定の距離で離隔して、全体的に環状をなすように形成されてもよい。
このようなダンピングキャップ部２３５ｂは、ダンピング部２３５ａと共にカートリッジ２１２の垂直方向の振動を吸収することができる。
次に、図８及び図９を参照して、本発明の第３実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器について説明する。図８は、本発明の第３実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図であり、図９a及び図９bは、本発明の第３実施例に係るガスケット組立体の変形例を示す断面図である。
図８を参照すれば、本発明の第３実施例に係るガスケット組立体は、パッキン部２３１、エッジ部２３２、シーリング部２３３、ダンピング部２３５ａを含み、追加でダンピングキャップ部２３５ｂをさらに含むことができる。パッキン部２３１、エッジ部２３２、ダンピング部２３５ａ、ダンピングキャップ部２３５ｂは、前述した第１、第２実施例と実質的に同一であるため、繰り返しの説明は省略する。
シーリング部２３３は、固形状シーリング材、液状シーリング材のうち少なくともいずれか一つを含むことができる。固形状シーリング材は、シリコーン、アクリルゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲなどの材質で製造することができ、液状シーリング材は、シリコーン、ウレタンなどの材質で製造することができる。
シーリング部２３３は、カートリッジ２１２とパッキン部２３１との間でカートリッジ２１２とパッキン部２３１とを接触するように形成される。具体的には、シーリング部２３３は、カートリッジのポッティング部２１２ｂとパッキン部の下部ボディ部材２３１ａａとを同時に接触（又は接着）するように形成される。シーリング部２３３は、ミッドケース２１１の空間とキャップ２２０の空間を気密して、ミッドケース２１１内の流体がキャップ２２０側に流動することを防止する。
また、シーリング部２３３は、カートリッジ２１２とパッキン部２３１とを同時に接着するように形成されるため、シーリング部２３３の接着力によって追加でカートリッジ２１２の水平及び垂直方向の振動を吸収することができるようになって、カートリッジ２１２の水平及び垂直方向の振動を効果的に低減することができる。
図９ａは、シーリング部２３３がカートリッジのポッティング部２１２ｂとパッキン部の突出部材２３１ｂとを同時に接触するように形成されることを例示しており、図９ｂは、シーリング部２３３がカートリッジのポッティング部２１２ｂとパッキン部の突出部材２３１ｂ及びパッキン部の下部ボディ部材２３１ａａを同時に接触するように形成されることを例示している。図９ａ及び図９ｂにおいて、突出部材２３１ｂは二つ以上に形成されてもよく、シーリング部２３３は二つ以上の突出部材２３１ｂの間に形成される。
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第２実施例及び第３実施例について説明する。図１０は、本発明の実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第２実施例を示す断面図であり、図１１は、本発明の実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第３実施例を示す断面図である。
図１０に示すように、本発明の第２実施例に係る燃料電池加湿器２００ａは、（ｉ）ミッドケース２１１の内部空間が隔壁（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ）２１１ｃによって第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２に区画され、（ii）カートリッジ２１２がインナーケース（ｉｎｎｅｒｃａｓｅ）２１２ｃをさらに含むということを除いては、前述した第２実施例に係る燃料電池加湿器２００と実質的に同一である。
インナーケース２１２ｃは、各末端に開口（ｏｐｅｎｉｎg）を有し、中空糸膜２１２ａがその中に入っている。中空糸膜２１２ａの端部がポッティングされているポッティング部２１２ｂは、インナーケース２１２ｃの開口を閉鎖させる。
図１０に示すように、ポッティング部２１２ｂの少なくとも一部がインナーケース２１２ｃの外側に位置してもよく、ガスケット組立体２３０の突出部材２３１ｂは、ポッティング部２１２ｂに密着してもよい。ダンピング部２３５ａは、インナーケース２１２ｃの外周面に所定の長さの環形の環で形成されてもよい。
インナーケース２１２ｃは、第１空間Ｓ１との流体連通のためにメッシュ形態に配列された多数のホール（以下、「第１メッシュホール」）ＭＨ１及び第２空間Ｓ２との流体連通のためにメッシュ形態に配列された多数のホール（以下、「第２メッシュホール」）ＭＨ２を備える。
排ガス流入口２１１ａを通してミッドケース２１１の第１空間Ｓ１に流入した排ガスは、第１メッシュホールＭＨ１を通してインナーケース２１２ｃ内に流れ込み、中空糸膜２１２ａの外表面と接触する。続いて、水分を奪われた排ガスは、第２メッシュホールＭＨ２を通して第２空間Ｓ２に抜け出した後、排ガス排出口２１１ｂを通してミッドケース２１１から排出される。
このようなインナーケース２１２ｃを含むカートリッジ２１２は、ミッドケース２１１に容易に組み立てることができるだけでなく、容易に交換することができるという利点を有する。
図１１に示すように、本発明の第３実施例に係る燃料電池加湿器２００ｂは、ポッティング部２１２ｂ全体がインナーケース２１２ｃ内に位置し、ガスケット組立体２３０の突出部材２３１ｂがポッティング部２１２ｂではなくインナーケース２１２ｃに密着するということを除いては、上述した第２実施例に係る燃料電池加湿器２００ａと実質的に同一である。
次に、図１２～図１４を参照して、本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第４実施例について説明する。図１２は、本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図であり、図１３は、本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図であり、図１４は、本発明の第４実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。
図１２～図１４に示すように、本発明の第４実施例に係るガスケット組立体３３０を含む第４実施例に係る燃料電池加湿器３００は、（ｉ）加湿モジュール２１０が二つ以上のカートリッジ２１２を含み、（ii）パッキン部２３１のボディ部材２３１ａは、カートリッジ２１２がそれぞれ挿入される二つ以上のホールＨを備え、（ｉｉｉ）カートリッジポッティング部２１２ｂと接触するようにボディ部材２３１ａの一端に形成される二つ以上の突出部材２３１ｂを含み、（ｉｖ）二つ以上のカートリッジ外周面のそれぞれに形成されたダンピング部２３５ａを含むという点を除いては、前述した第２実施例に係る燃料電池加湿器２００ａと実質的に同一である。
インナーケース２１２ｃをそれぞれ含む複数のカートリッジ２１２が一定の間隔をおいてミッドケース２１１内に装着されることにより、ミッドケース２１１内に存在する全ての中空糸膜２１２ａに排ガスが均一に分配されるだけでなく、問題が発生した特定のカートリッジ２１２のみを選択的に交換することができて、燃料電池加湿器３００のメンテナンスコストをさらに削減することができる。
次に、図１５～図１７を参照して、本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第５実施例について説明する。図１５は、本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解斜視図であり、図１６は、本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す分解断面図であり、図１７は、本発明の第５実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器を示す断面図である。
図１５～図１７に示すように、本発明の第５実施例に係るガスケット組立体３３０を含む第５実施例に係る燃料電池加湿器３００は、前述した図１２～図１４のガスケット組立体３３０に二つ以上のダンピングキャップ部２３５ｂをさらに含むということを除いては、前述した第４実施例に係る燃料電池加湿器３００と実質的に同一である。それぞれのカートリッジにおいてダンピングキャップ部２３５ｂは、パッキン部２３１の上面の少なくとも一部とカートリッジ２１２のポッティング部２１２ｂの上面の少なくとも一部にわたって形成されてもよい。
次に、図１９を参照して、本発明の第６実施例に係るガスケット組立体を含む燃料電池加湿器の第６実施例について説明する。
図１９に示すように、本発明の第６実施例に係るガスケット組立体３３０を含む第５実施例に係る燃料電池加湿器３００ａは、前述した図１２～図１４のガスケット組立体３３０に、カートリッジ２１２とパッキン部２３１との間でカートリッジ２１２とパッキン部２３１とを接触するように形成される二つ以上のシーリング部２３３をさらに含むということを除いては、前述した第４実施例に係る燃料電池加湿器３００と実質的に同一である。
シーリング部２３３は、カートリッジ２１２とパッキン部２３１とを同時に接着するように形成されるため、シーリング部２３３の接着力によって追加でカートリッジ２１２の水平方向の振動を吸収することができるようになって、カートリッジ２１２の水平方向の振動を効果的に低減することができる。
以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者なら、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から外れない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、又は追加などにより、本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれるといえるだろう。
２００、２００ａ、２００ｂ、３００、３００ａ：燃料電池加湿器
２１０：加湿モジュール
２１１：ミッドケース
２１１ａ：排ガス流入口
２１１ｂ：排ガス排出口
２１１ｃ：隔壁
２１２：カートリッジ
２１２ａ：中空糸膜
２１２ｂ：ポッティング部
２１２ｃ：インナーケース
２２０：キャップ
２３０、３３０：ガスケット組立体
２３１：パッキン部
２３１ａ：ボディ部材
２３１ｂ：突出部材
２３２：エッジ部
２３３：シーリング部
２３４：補強部材
２３５ａ：ダンピング部
２３５ｂ：ダンピングキャップ部

Claims (13)

  1. ミッドケースと、前記ミッドケースと締結されるキャップと、前記ミッドケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つのカートリッジとを含む燃料電池加湿器向けのガスケット組立体であって、
    前記カートリッジの端部が挿入されるホールを備え、前記ホールに挿入された前記カートリッジ端部と密着して水平方向の振動を吸収するパッキン部と、
    前記パッキン部と連結形成され、前記ミッドケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部によって形成された空間に介在するエッジ部と、
    前記カートリッジの外周面に形成され、前記パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収するダンピング部と、
    を含み、
    前記カートリッジと前記パッキン部とに接触するように形成されるシーリング部をさらに含み、
    前記シーリング部の接着力によって前記カートリッジの水平及び垂直方向の振動を吸収する、ガスケット組立体。
  2. 前記パッキン部は、
    前記カートリッジ端部が挿入されるホールが形成されたボディ部材と、
    前記ボディ部材の一端に形成され、前記ホールに挿入された前記カートリッジ端部と密着して形成された突出部材と、
    を含む、請求項１に記載のガスケット組立体。
  3. 前記カートリッジは、
    端部に開口が形成され、前記複数の中空糸膜が収容されるインナーケースと、
    前記複数の中空糸膜の末端部が固定され、前記インナーケースの開口を閉鎖させるポッティング部と、
    を含む、請求項２に記載のガスケット組立体。
  4. 前記ポッティング部の少なくとも一部は前記インナーケースの外側に位置し、前記突出部材は前記ポッティング部に加圧密着する,または,
    前記ポッティング部全体が前記インナーケースの内側に位置し、前記突出部材は前記インナーケースに加圧密着する、
    請求項３に記載のガスケット組立体。
  5. 前記パッキン部の上面の少なくとも一部と前記カートリッジの上面の少なくとも一部にわたって形成され、前記カートリッジの垂直方向の振動を吸収するダンピングキャップ部
    をさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか一つの項に記載のガスケット組立体。
  6. 前記パッキン部は、二つ以上のカートリッジをそれぞれ挿入可能な二つ以上のホールを備え、
    前記ダンピング部は、二つ以上のカートリッジのそれぞれの外周面に形成されて前記パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収する、
    請求項１～請求項５のいずれか一つの項に記載のガスケット組立体。
  7. ミッドケースと、前記ミッドケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つのカートリッジと、前記ミッドケースと締結されるキャップと、を有する加湿モジュールと、
    前記キャップが中空糸膜とのみ流体連通することができるよう、機械的組み立てを通じて前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合され、前記カートリッジの振動を吸収するガスケット組立体と、を含み、
    前記ガスケット組立体は、
    前記カートリッジの端部が挿入されるホールを備え、前記ホールに挿入された前記カートリッジ端部と密着して水平方向の振動を吸収するパッキン部と、
    前記パッキン部と連結形成され、前記ミッドケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部によって形成された空間に介在するエッジ部と、
    前記カートリッジの外周面に形成され、前記パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収するダンピング部と、を含み、
    前記カートリッジと前記パッキン部とに接触するように形成されるシーリング部をさらに含み、前記シーリング部の接着力によって前記カートリッジの水平及び垂直方向の振動を吸収する、
    燃料電池加湿器。
  8. 前記パッキン部は、
    前記カートリッジ端部が挿入されるホールが形成されたボディ部材と、
    前記ボディ部材の一端に形成され、前記ホールに挿入された前記カートリッジ端部と密着して形成された突出部材と、
    を含む、請求項７に記載の燃料電池加湿器。
  9. 前記カートリッジは、
    端部に開口が形成され、前記複数の中空糸膜が収容されるインナーケースと、
    前記複数の中空糸膜の末端部が固定され、前記インナーケースの開口を閉鎖させるポッティング部と、
    を含む、請求項８に記載の燃料電池加湿器。
  10. 前記ポッティング部の少なくとも一部は前記インナーケースの外側に位置し、前記突出部材は前記ポッティング部に加圧密着する、または,
    前記ポッティング部全体が前記インナーケースの内側に位置し、前記突出部材は前記インナーケースに加圧密着する、
    請求項９に記載の燃料電池加湿器。
  11. 前記パッキン部の上面の少なくとも一部と前記カートリッジの上面の少なくとも一部にわたって形成され、前記カートリッジの垂直方向の振動を吸収するダンピングキャップ部
    をさらに含む、請求項７～請求項１０のいずれか一つの項に記載の燃料電池加湿器。
  12. 前記パッキン部は、二つ以上のカートリッジをそれぞれ挿入可能な二つ以上のホールを備え、
    前記ダンピング部は、二つ以上のカートリッジのそれぞれの外周面に形成されて前記パッキン部によって垂直方向の移動が抑制されて、垂直方向の振動を吸収する、
    請求項７～請求項１１のいずれか一つの項に記載の燃料電池加湿器。
  13. 前記エッジ部は、両方向に突出したエッジウィングを備え、
    前記エッジウィングは、前記ミッドケース端部に形成された溝を埋めながら介在して、前記ミッドケースの内部と外部、そして前記ミッドケースと前記キャップを密封する、請求項７～請求項１２のいずれか一つの項に記載の燃料電池加湿器。
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