KR20200122211A

KR20200122211A - 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재

Info

Publication number: KR20200122211A
Application number: KR1020190123588A
Authority: KR
Inventors: 안웅전; 오영석; 김경주
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2020-10-27
Also published as: CN113711400A; CN113711400B

Abstract

향상된 생산성으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재가 개시된다. 본 발명의 연료전지용 가습기는, 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하는 가습 모듈; 및 상기 가습 모듈의 일단에 결합된 캡을 포함하되, 상기 가습 모듈은, 미드-케이스; 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지를 포함하고, 상기 연료전지용 가습기는, 상기 캡이 상기 중공사막들과만 유체연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 일단에 기밀하게 결합된 패킹 부재를 더 포함한다.

Description

연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재{Humidifier for Fuel Cell and Packing Member Therefor}

본 발명은 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 향상된 생산성으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재에 관한 것이다.

연료전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 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 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 배출구(off-gas outlet)(111b)를 갖는 미드-케이스(mid-case)(111) 및 상기 미드-케이스(111) 내의 다수의 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 배출구(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 다수의 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 저하시킨다.

또한, 상기 수지층(114)이 상기 고정층(113)은 물론이고 상기 미드-케이스(111)의 내벽에도 접착되어 있기 때문에, 상기 중공사막(112)에 문제가 발생할 경우 상기 가습 모듈(110) 전체를 교체하여야만 해서 막대한 유지보수 비용이 유발된다.

더욱이, 연료전지의 반복적 운전은 상기 수지층(114)과 상기 미드-케이스(111) 사이에 갭(gap)을 야기시킬 개연성이 높다. 즉, 연료전지의 운전 및 정지가 반복됨에 따라 상기 수지층(114)의 팽창 및 수축이 번갈아 발생하면서, 상기 미드-케이스(111)와 상기 수지층(114)의 열팽창계수 차이로 인해 상기 수지층(114)이 상기 미드-케이스(111)로부터 떨어지게 될 개연성이 높다. 전술한 바와 같이, 상기 수지층(114)과 상기 미드-케이스(111) 사이에 갭이 야기되면, 압력 차이에 의한 공기 누출이 발생하여 연료전지 스택으로 공급되는 가습 공기의 양이 줄어들고 연료전지의 발전 효율이 저하된다.

상기 수지층(114)과 상기 미드-케이스(111) 사이의 갭 발생으로 인한 공기 누출을 방지하기 위하여 이들 사이에 실런트 도포 및/또는 외곽 패킹 부재 장착과 같은 부가적 공정을 수행하는 것을 고려하여 볼 수도 있지만, 이러한 부가적 공정 자체도 추가 공정 시간을 요구하기 때문에 가습기(100)의 생산성을 저하시킨다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 향상된 생산성으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 관점은, 연료전지용 가습기를 향상된 생산성으로 제조할 수 있도록 할 뿐만 아니라 그 유지보수 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 패킹 부재를 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 연료전지용 가습기로서, 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(off-gas) 내의 수분(moisture)으로 가습하는 가습 모듈(humidifying module); 및 상기 가습 모듈의 일단에 결합된 캡(cap)을 포함하되, 상기 가습 모듈은, 미드-케이스(mid-case); 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지(cartridge)를 포함하고, 상기 연료전지용 가습기는, 상기 캡이 상기 중공사막들과만 유체연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 일단에 기밀하게 결합된(air-tightly coupled) 패킹 부재(packing member)를 더 포함하는, 연료전지용 가습기가 제공된다.

상기 패킹 부재는, 상기 카트리지의 말단부가 삽입되는 홀(hole)을 가지며 상기 미드-케이스와 상기 카트리지 사이에 개재되는(interposed) 패킹부(packing part); 및 상기 패킹부를 둘러싸는 에지부(edge part)를 포함할 수 있다.

상기 패킹부는, 메인 바디(main body); 및 상기 홀을 둘러싸며 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지의 말단부에 밀착(cling to)하는 날개부(wing)를 포함할 수 있다.

상기 패킹부가 상기 메인 바디와 상기 날개부 사이에 제1 홈을 갖도록, 상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울져 있을 수 있다.

상기 패킹부는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 포함할 수 있고, 상기 제1 홈은 상기 제1 면에 형성될 수 있다.

상기 날개부는 상기 메인 바디로부터 상기 홀을 중심을 향해 돌출되어 있을 수 있다.

상기 날개부는 상기 홀의 중심축 방향으로 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 서브-날개부들 각각은 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있을 수 있다.

상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 하나는 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있을 수 있고, 상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 다른 하나는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있을 수 있다.

상기 홀과 상기 날개부 각각은 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지의 말단부의 형태에 대응하는 형태를 가질 수 있다.

상기 에지부는 상기 미드-케이스의 테두리(rim)가 삽입되는 제2 홈(groove)을 가질 수 있다.

상기 메인 바디는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 포함할 수 있고, 상기 메인 바디는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 가질 수 있다.

상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 가질 수 있고, 상기 패킹 부재는, 상기 메인 바디 중 적어도 일 부분에 삽입되어 있으며 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 갖는 보강재를 더 포함할 수 있다.

상기 가습 모듈은 2개 이상의 카트리지들을 포함할 수 있고, 상기 패킹부는 상기 카트리지들이 각각 삽입되는 2개 이상의 홀들을 가질 수 있고, 상기 패킹부는 상기 홀들을 각각 둘러싸는 2개 이상의 날개부들을 포함할 수 있고, 상기 메인 바디는, 주변부(peripheral part); 및 상기 홀들 사이의 적어도 하나의 리브(rib)를 포함할 수 있다.

상기 패킹 부재는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 가질 수 있고, 상기 에지부는, 상기 제2 면에 형성되어 있으며 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입되는 제2 홈을 가질 수 있으며, 상기 리브는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 가질 수 있다.

상기 보강재는 상기 리브 내에 삽입되어 있을 수 있다.

상기 카트리지는, 말단에 개구(opening)를 가지며 상기 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(inner case); 및 상기 다수의 중공사막들의 말단부들이 포팅되어 있으며 상기 이너 케이스의 개구를 폐쇄시키는 고정층을 더 포함할 수 있다.

상기 고정층의 적어도 일부는 상기 이너 케이스 밖에 위치할 수 있으며, 상기 날개부는 상기 고정층에 밀착할 수 있다.

상기 고정층 전체가 상기 이너 케이스 내에 위치할 수 있으며, 상기 날개부는 상기 이너 케이스에 밀착할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라, 미드-케이스 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지를 포함하는 가습기를 위한 패킹 부재로서, 상기 카트리지의 말단부가 삽입될 수 있는 홀을 가지며 상기 미드-케이스와 상기 카트리지 사이에 개재될 수 있는 패킹부; 및 상기 패킹부를 둘러싸는 에지부를 포함하되, 상기 패킹부는, 메인 바디; 및 상기 홀을 둘러싸는 날개부를 포함하고, 상기 날개부는 상기 홀에 삽입될 상기 카트리지의 말단부에 밀착할 수 있도록 (i) 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있거나 (ii) 상기 패킹부가 상기 메인 바디와 상기 날개부 사이에 제1 홈을 갖도록 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있는, 패킹 부재가 제공된다.

상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있을 수 있고, 상기 제1 홈에서 상기 날개부와 상기 메인 바디가 이루는 각도는 5° 이상 90° 미만일 수 있다.

상기 에지부는 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입될 수 있는 제2 홈을 가질 수 있다.

상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있을 수 있고, 상기 패킹 부재는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 가질 수 있고, 상기 제1 홈은 상기 제1 면에 형성되어 있을 수 있고, 상기 제2 홈은 상기 제2 면에 형성되어 있을 수 있다.

상기 메인 바디는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 가질 수 있다.

상기 패킹부는 2개 이상의 상기 카트리지들이 각각 삽입될 수 있는 2개 이상의 홀들을 가질 수 있고, 상기 패킹부는 상기 홀들을 각각 둘러싸는 2개 이상의 날개부들을 포함할 수 있고, 상기 메인 바디는, 주변부; 및 상기 홀들 사이의 적어도 하나의 리브를 포함할 수 있다.

상기 패킹 부재는 상기 제1 홈이 형성되어 있는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 가질 수 있고, 상기 에지부는, 상기 제2 면에 형성되어 있으며 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입될 수 있는 제2 홈을 가질 수 있으며, 상기 리브는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 가질 수 있다.

상기 보강재는 상기 리브 내에 삽입되어 있을 수 있다.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 패킹 부재의 기계적 조립을 통해 미드-케이스와 캡 사이의 공기 누출을 방지하기 때문에 종래 기술의 캐스팅 공정(즉, 액상 폴리머를 주형에 주입하고 경화하는 공정) 및 추가적 실링 공정(즉, 실런트를 도포하고 경화시키는 공정) 등을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 미드-케이스와 캡 사이의 공기 누출을 방지하면서도 연료전지용 가습기의 생산 공정 시간을 단축시킴으로써 그 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 미드-케이스와 캡 사이의 공기 누출 방지를 위한 본 발명의 패킹 부재는 기계적 조립을 통해 가습 모듈에 장착되기 때문에 가습 모듈의 특정 부분에 이상이 발생할 경우 상기 패킹 부재를 기계적으로 간단히 분리한 후 해당 부분만을 수리 또는 교체하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 연료전지용 가습기의 유지보수 비용을 상당히 절감할 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 통상의 연료전지용 가습기의 분해 사시도(exploded perspective view)를 개략적으로 보여주고,
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 분해 사시도, 분해 단면도, 및 단면도를 개략적으로 각각 보여주고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도를 개략적으로 보여주고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도를 개략적으로 보여주고,
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 분해 사시도, 분해 단면도, 및 단면도를 개략적으로 각각 보여주고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 단면도를 개략적으로 보여주고,
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3 및 제4 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여주며,
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제5 및 제6 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여주고,
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제7 및 제8 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여주고,
도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제9 및 제10 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여주며,
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제11 및 제12 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 아래에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 예시적 목적으로 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 분해 사시도, 분해 단면도, 및 단면도를 개략적으로 각각 보여준다.

도 2의 (a) 내지 (c)에 예시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 가습기(200)는 외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스 내의 수분으로 가습하는 가습 모듈(210)을 포함한다. 상기 가습 모듈(210)의 양 말단들 각각은 캡(220)과 결합되어 있다.

상기 캡들(220) 중 어느 하나는 외부로부터 공급되는 공기를 상기 가습 모듈(210)로 전달하고, 다른 하나는 상기 가습 모듈(210)에 의해 가습된 공기를 연료전지 스택으로 전달한다.

상기 가습 모듈(210)은 외부로부터 공급되는 공기와 배가스 사이의 수분 교환이 일어나는 장치로서, 배가스 유입구(211a)와 배가스 배출구(211b)를 갖는 미드-케이스(211) 및 상기 미드-케이스(211) 내에 배치되는 적어도 하나의 카트리지(cartridge)(212)를 포함한다.

본 발명의 미드-케이스(211)와 캡(220)은 각각 독립적으로 경질 플라스틱(예를 들어, 폴리카보네이트)이나 금속으로 형성될 수 있으며, 원형 또는 다각형의 폭 방향 단면을 가질 수 있다. 상기 원형은 타원형을 포함하며, 상기 다각형은 둥근 모서리(rounded corner)를 갖는 다각형을 포함한다.

상기 카트리지(212)는 다수의 중공사막들(212a) 및 이들을 서로 고정시켜주는 고정층(212b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 중공사막들(212a)의 말단들이 상기 고정층(212b)에 포팅되어 있을 수 있다.

상기 중공사막들(212a)은 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 있고, 상기 고정층(212b)은 딥 포팅, 원심 포팅 등의 캐스팅 방식을 통해 액상 폴리우레탄 수지와 같은 액상 수지를 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

외부로부터 공급되는 공기는 상기 중공사막들(212a)의 중공을 따라 흐른다. 상기 배가스 유입구(211a)를 통해 상기 미드-케이스(211) 내로 유입된 배가스는 상기 중공사막들(212a)의 외표면과 접촉한 후 상기 배가스 배출구(211b)를 통해 상기 미드-케이스(211)로부터 배출된다. 상기 배가스가 상기 중공사막들(212a)의 외표면과 접촉할 때 상기 배가스 내에 함유되어 있던 수분이 상기 중공사막들(212a)을 투과함으로써 상기 중공사막들(212a)의 중공을 따라 흐르던 공기를 가습한다.

전술한 바와 같이, 상기 캡(220)은 상기 중공사막들(212a)의 중공들과만 유체연통할 뿐, 상기 미드-케이스(211)의 내부 공간(S)과는 완벽히 차단되어 있어야만 한다. 그렇지 않다면, 압력 차이에 의한 공기 누출이 발생하여 연료전지 스택으로 공급되는 가습 공기의 양이 줄어들고 연료전지의 발전 효율이 저하된다.

따라서, 본 발명의 연료전지용 가습기(200)는 상기 가습 모듈(210)의 각 말단에 기계적 조립을 통해 기밀하게 결합된 패킹 부재(230)를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 패킹 부재(230)의 기계적 조립을 통해 상기 미드-케이스(211)와 캡(220) 사이의 공기 누출을 방지하기 때문에 종래 기술의 캐스팅 공정(즉, 액상 수지를 주형에 주입하고 경화하는 공정) 및 추가적 실링 공정(즉, 실런트를 도포하고 경화시키는 공정) 등을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 미드-케이스(211)와 캡(220) 사이의 공기 누출을 방지하면서도 연료전지용 가습기(200)의 생산 공정 시간을 단축시킴으로써 그 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 미드-케이스(211)와 캡(220) 사이의 공기 누출 방지를 위한 본 발명의 패킹 부재(230)는 기계적 조립을 통해 가습 모듈(210)에 장착되기 때문에 가습 모듈(210)의 특정 부분[예를 들어, 카트리지(212)]에 이상이 발생할 경우 상기 패킹 부재(230)를 상기 가습 모듈(210)로부터 기계적으로 간단히 분리한 후 해당 부분만을 수리 또는 교체하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 연료전지용 가습기(200)의 유지보수 비용을 상당히 절감할 수 있다.

본 발명의 패킹 부재(230)는 패킹부(231) 및 이를 둘러싸는 에지부(232)를 포함한다. 본 발명의 패킹 부재(230), 즉 상기 패킹부(231)와 상기 에지부(232)는 바람직하게는 30 내지 70 Shore A, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 Shore A의 경도를 갖는 탄성 물질(예를 들어, 실리콘, 고무 등)로 형성될 수 있다.

상기 패킹부(231)는 상기 카트리지(212)의 말단부[본 실시예의 경우, 고정층(212b)]가 삽입되는 홀(H)을 가지며 상기 미드-케이스(211)와 상기 카트리지(212) 사이에 개재된다.

상기 패킹부(231)는 메인 바디(231a) 및 상기 홀(H)을 둘러싸며 상기 홀(H)에 삽입된 카트리지(212)의 말단부에 밀착(cling to)하는 날개부(231b)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 2(b)에 예시된 바와 같이, 상기 패킹부(231)가 상기 메인 바디(231a)와 상기 날개부(231b) 사이에 제1 홈(G1)을 가질 수 있도록, 상기 날개부(231b)가 상기 메인 바디(231a)에 대해 소정 각도로 기울어져 있을 수 있다.

상기 제1 홈(G1)은 상기 패킹부(231)의 상기 캡(220)을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면 중 그 어디에도 형성될 수 있다. 다만, 상기 제1 홈(G1)이 상기 제1 면에 형성되는 것이 조립의 편의성 측면에서 바람직하다. 또한, 상기 캡(220)의 내부 압력이 상기 미드-케이스(211)의 내부 압력보다 일반적으로 높기 때문에, 상기 제1 홈(G1)이 상기 제1 면에 형성될 경우, 상기 홀(H)에 삽입된 상기 카트리지(212)의 말단부에 상기 날개부(231b)가 가압 밀착될 수 있어 공기의 누출을 더욱 확실히 방지할 수 있다.

또한, 도 2(b)에 예시된 바와 같이, 본 발명의 패킹 부재(230)가 상기 가습 모듈(210)에 조립되기 전에 상기 날개부(231b)가 상기 메인 바디(231a)에 대해 소정 각도로 기울어져 있음으로써(즉, 상기 홀(H)의 중심을 향해 기울어져 있음으로써), 상기 카트리지(212)의 말단부가 상기 홀(H)에 삽입될 때 상기 날개부(231b)가 상기 카트리지(212)의 말단부에 더욱 강력히 밀착될 수 있다.

본 발명의 패킹 부재(230)가 상기 가습 모듈(210)에 조립되기 전에, 상기 제1 홈(G1)에서 상기 날개부(231b)와 상기 메인 바디(231a)가 이루는 각도(θ)는 바람직하게는 5° 이상 90° 미만, 더욱 바람직하게는 10° 내지 75°, 더더욱 바람직하게는 15° 내지 60°일 수 있다. 상기 카트리지(212)의 말단부가 상기 홀(H)에 삽입되면 탄성 재질의 상기 날개부(231b)가 밀리면서(pushed) 상기 각도(θ)가 작아지게 되고, 상기 날개부(231b)는 탄성력에 의해 상기 카트리지(212)의 말단부에 더욱 강하게 밀착될 수 있다.

본 발명의 날개부(231b)는 탄성을 갖고 있기 때문에 진동 완충 기능을 수행할 수 있고, 따라서, 가습기(200)의 진동으로 인한 손상을 방지할 수 있다.

상기 패킹 부재(230)와 카트리지(212) 사이에 갭이 야기되어 이를 통해 공기가 누출되는 것을 방지하기 위해, 상기 패킹부(231)의 홀(H)과 날개부(231b) 각각은 상기 홀(H)에 삽입된 상기 카트리지(212)의 말단부의 형태에 대응하는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 실시예와 같이 상기 홀(H)에 삽입된 상기 카트리지(212)의 말단부가 상기 고정층(212b)일 경우, 캐스팅 공정에 사용되는 주형에 의해 결정되는 상기 고정층(212b)의 형태에 맞추어 상기 패킹부(231)의 홀(H)과 날개부(231b)를 디자인하여야 한다.

상기 패킹 부재(230)와 상기 미드-케이스(211) 사이에 갭이 야기되어 이를 통해 공기가 누출되는 것을 방지하기 위해, 상기 에지부(232)는 상기 미드-케이스(211)의 테두리(rim)가 삽입되는 제2 홈(G2)을 가질 수 있다. 상기 제2 홈(G2)은 상기 제1 홈(G1)이 형성된 패킹 부재(230) 면의 반대 면에 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230)를 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기(300)를 설명한다.

도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기(300)는, (i) 상기 미드-케이스(211)의 내부 공간이 격벽들(partitions)(211c)에 의해 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획되고, (ii) 상기 카트리지(212)가 이너 케이스(inner case)(212c)를 더 포함하고 있다는 것을 제외하고는, 상술한 제1 실시예에 따른 연료전지용 가습기(200)와 실질적으로 동일하다.

상기 이너 케이스(212c)는 각 말단에 개구(opening)을 가지며 상기 중공사막들(212a)이 그 안에 들어 있다. 상기 중공사막들(212a)의 말단부들이 포팅되어 있는 상기 고정층(212b)이 상기 이너 케이스(212c)의 개구를 폐쇄시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정층(212b)의 적어도 일부가 상기 이너 케이스(212c) 밖에 위치할 수 있으며, 상기 패킹 부재(230)의 날개부(231b)는 상기 고정층(212b)에 밀착할 수 있다.

상기 이너 케이스(212c)는 상기 제1 공간(S1)과의 유체연통을 위해 메쉬 형태로 배열된 다수의 홀들(이하, '제1 메쉬 홀들')(MH1) 및 상기 제2 공간(S2)과의 유체연통을 위해 메쉬 형태로 배열된 다수의 홀들(이하, '제2 메쉬 홀들')(MH2)을 갖는다.

상기 배가스 유입구(211a)를 통해 미드-케이스(211)의 상기 제1 공간(S1)으로 유입된 배가스는 상기 제1 메쉬 홀들(MH1)을 통해 상기 이너 케이스(212c) 내로 흘러 들어 상기 중공사막들(212a)의 외표면과 접촉한다. 이어서, 수분을 빼앗긴 상기 배가스는 상기 제2 메쉬 홀들(MH2)을 통해 상기 제2 공간(S2)으로 빠져나간 후 상기 배가스 배출구(211c)를 통해 상기 미드-케이스(211)로부터 배출된다.

이와 같은 이너 케이스(212c)를 포함하는 카트리지(212)는 상기 미드-케이스(211)에 용이하게 조립될 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 교체될 수 있다는 장점을 갖는다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230)를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지용 가습기(400)의 단면도를 개략적으로 보여준다.

도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지용 가습기(400)는, 상기 고정층(212b) 전체가 상기 이너 케이스(212c) 내에 위치하며 상기 패킹 부재(230)의 날개부(231b)가 상기 고정층(212b)이 아닌 상기 이너 케이스(212c)에 밀착한다는 것을 제외하고는, 상술한 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기(300)와 실질적으로 동일하다.

도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)를 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지용 가습기(500)의 분해 사시도, 분해 단면도, 및 단면도를 개략적으로 각각 보여준다.

도 5의 (a) 내지 (c)에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지용 가습기(500)는, (i) 상기 가습 모듈(210)이 2개 이상의 카트리지들(212)을 포함하고, (ii) 상기 패킹부(231)가 상기 카트리지들(212)이 각각 삽입되는 2개 이상의 홀들(H)을 갖고, (iii) 상기 패킹부(231)가 상기 홀들(H)을 각각 둘러싸는 2개 이상의 날개부들(231b)을 포함하며, (iv) 상기 메인 바디(231a)가 주변부(231aa) 및 상기 홀들(H) 사이의 적어도 하나의 리브(231ab)를 포함한다는 것을 제외하고는, 상술한 제2 실시예에 따른 연료전지용 가습기(300)와 실질적으로 동일하다.

상기 이너 케이스(212c)를 각각 포함하는 복수의 카트리지들(212)이 일정 간격을 두고 상기 미드-케이스(211) 내에 장착됨으로써 상기 미드-케이스(211) 내에 존재하는 모든 중공사막들(212a)에게 배가스가 균일하게 분배될 수 있을 뿐만 아니라, 문제가 발생한 특정 카트리지(212)만을 선별적으로 교체할 수 있어 연료전지용 가습기(500)의 유지보수 비용을 더욱 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)를 포함하는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지용 가습기(600)의 단면도를 개략적으로 보여준다.

도 6에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지용 가습기(600)는, 카트리지(212) 각각의 상기 고정층(212b) 전체가 그에 대응하는 이너 케이스(212c) 내에 위치하며 상기 패킹 부재(530)의 날개부들(231b)이 상기 고정층들(212b)이 아닌 상기 이너 케이스들(212c)에 각각 밀착한다는 것을 제외하고는, 상술한 제4 실시예에 따른 연료전지용 가습기(500)와 실질적으로 동일하다.

도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3 및 제4 실시예들에 따른 패킹 부재들(230a, 530a)의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 패킹 부재(230a)는 상기 메인 바디(231a)가 상기 캡(220)을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈(G3)을 가진다는 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230)와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 상기 제3 홈(G3)은 상기 제1 홈(G1)이 형성된 패킹 부재(230a) 면의 반대 면(즉, 제2 면)에 형성될 수 있다.

이와 유사하게, 본 발명의 제4 실시예에 따른 패킹 부재(530a)는, 상기 메인 바디(231a)[즉, 상기 주변부(231aa) 및/또는 상기 리브(231ab)]가 상기 캡(220)을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈(G3)을 가진다는 것을 제외하고는 상술한 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제3 홈(G3)은 상기 제1 홈(G1)이 형성된 패킹 부재(530a) 면의 반대 면(즉, 제2 면)에 형성될 수 있다.

상기 패킹 부재들(230a, 530a)의 상기 제3 홈(G3)은, (i) 상기 패킹 부재들(230a, 530a)과 상기 가습 모듈(210)의 기계적 조립을 용이하게 해줄 뿐만 아니라, (ii) 상기 기계적 조립 시 상기 패킹 부재들(230a, 530a)에 탄성력을 부여하여 기밀성을 향상시킬 수 있으며, (iii) 진동 완충 기능을 수행함으로써 진동으로 인한 장치의 손상을 방지할 수 있다.

도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제5 및 제6 실시예들에 따른 패킹 부재들(230b, 530b)의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

도 8(a)에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 패킹 부재(230b)는 상기 메인 바디(231a) 중 적어도 일부분에 삽입된 보강재(233)를 더 포함한다는 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230)와 실질적으로 동일하다.

이와 유사하게, 본 발명의 제6 실시예에 따른 패킹 부재(530b)는, 상기 메인 바디(231a) 중 적어도 일부분에 삽입된 보강재(233)를 더 포함한다는 것을 제외하고는 상술한 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상기 보강재(233)는 상기 메인 바디(231a) 중에서도 특히 변형(deformation)에 취약한 상기 리브(231ab)에 삽입되어 있을 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않으나, 상기 보강재(233)는 상기 리브(231ab)는 물론이고 상기 메인 바디(231a)의 주변부(231aa) 내에도 박혀 있을 수 있다.

상기 패킹 부재(230b, 530b)의 패킹부(231)와 에지부(232)는 바람직하게는 30 내지 70 Shore A, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 Shore A의 제1 경도를 갖는 탄성 물질(예를 들어, 실리콘, 고무 등)로 형성될 수 있고, 상기 보강재(233)는 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 보강재(233)는 금속, 열가소성 또는 열경화성 수지 등으로 형성될 수 있다.

상기 패킹 부재(230b, 530b)보다 높은 경도를 갖는 상기 보강재(233)는, 상기 패킹 부재들(230b, 530b)을 상기 가습 모듈(210)에 기계적으로 조립할 때 또는 가습기 운전 중에 상기 메인 바디(231a)의 변형이 야기되는 것을 방지함으로써 공기 누출을 더욱 확실히 담보할 수 있다.

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제7 및 제8 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 패킹 부재(230c)는 날개부(231b)가 상기 메인 바디(231a)로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다는 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230)와 실질적으로 동일하다. 즉, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 날개부(231b)는 상기 메인 바디(231a)의 내주면에 대해 수직 방향으로 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다.

이와 유사하게, 본 발명의 제8 실시예에 따른 패킹 부재(530c)는, 날개부들(231b)이 상기 메인 바디(231a)[즉, 주변부(231aa) 및 리브(231ab)]로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다는 것을 제외하고는 상술한 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)와 실질적으로 동일하다. 즉, 본 발명의 제8 실시예에 따른 날개부들(231b) 각각은 상기 주변부(231aa) 및/또는 상기 리브(231ab)의 내주면들에 대해 수직 방향으로 대응하는 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다.

상기 날개부(들)(231b)가 상기 메인 바디(231a)로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있음으로써, 상기 카트리지(212)의 말단부가 상기 홀(H)에 삽입되면 탄성 재질의 상기 날개부(231b)의 형태가 변형되면서 그 부피가 작아지게 되고, 상기 날개부(231b)는 탄성력에 의해 상기 카트리지(212)의 말단부에 더욱 강하게 밀착될 수 있다.

도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제9 및 제10 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

본 발명의 제9 실시예에 따른 패킹 부재(230d)는, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 날개부(231b)가 상기 홀(H)의 중심축 방향을 따라 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb)을 포함하며 상기 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb) 모두 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다는 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230c)와 실질적으로 동일하다.

이와 유사하게, 본 발명의 제10 실시예에 따른 패킹 부재(530d)는, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 날개부들(231b) 각각이 대응하는 홀(H)의 중심축 방향을 따라 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb)을 포함하며 상기 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb) 모두 상기 메인 바디(231a)[즉, 주변부(231aa) 및 리브(231ab)]로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있다는 것을 제외하고는 상술한 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)와 실질적으로 동일하다.

도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제11 및 제12 실시예들에 따른 패킹 부재들의 단면도들을 개략적으로 각각 보여준다.

본 발명의 제11 실시예에 따른 패킹 부재(230e)는, 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 날개부(231b)가 상기 홀(H)의 중심축 방향을 따라 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb)을 포함하되 그 중 하나(231ba)는 상기 메인 바디(231a)로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있고 다른 하나(231bb)는 상기 메인 바디(231a)에 대해 소정 각도(예를 들어, 5° 이상 90° 미만)로 기울어져 있다는 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 따른 패킹 부재(230c)와 실질적으로 동일하다.

이와 유사하게, 본 발명의 제12 실시예에 따른 패킹 부재(530e)는, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 날개부들(231b) 각각이 대응하는 홀(H)의 중심축 방향을 따라 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb)을 포함하되 그 중 하나(231ba)는 상기 메인 바디(231a)로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있고 다른 하나(231bb)는 상기 메인 바디(231a)에 대해 소정 각도(예를 들어, 5° 이상 90° 미만)로 기울어져 있다는 것을 제외하고는 상술한 제2 실시예에 따른 패킹 부재(530)와 실질적으로 동일하다.

상기 제11 및 제12 실시예들에 있어서, 상기 메인 바디(231a)로부터 상기 홀(H)의 중심을 향해 돌출되어 있는 제1 서브-날개부(231ba)는, 도 11(a) 및 11(b)에 예시된 바와 같이, 상기 제2 서브-날개부(231bb)와 상기 메인 바디(231) 사이의 제1 홈(G1)을 바라보도록 배치될 수 있으나, 이들의 위치가 바뀔 수도 있다.

본 발명의 제9 내지 제12 실시예들에 의하면, 소정 간격으로 이격되어 있는 상기 제1 및 제2 서브-날개부들(231ba, 231bb)을 통해 이중 패킹(double packing)이 가능해짐으로써 가스 누출이 더욱 확실히 방지될 수 있다.

상술한 본 발명의 다양한 실시예들의 특징들을 임의의 방법으로 조합하여 상기 실시예들의 다양한 변형들을 창출할 수 있으며 이렇게 창출되는 상기 변형들 역시도 본 발명의 권리범위에 속한다는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 상술한 본 발명의 제3 및 제4 실시예들에 의한 패킹 부재들(230a, 530a)도 상기 제5 및 제6 실시예들의 보강재(233)를 포함할 수 있고, 상술한 본 발명의 제7 내지 제12 실시예들에 의한 패킹 부재들(230c, 530c, 230d, 530d, 230e, 530e)도 상기 제3 내지 제6 실시예들의 제3 홈(G3) 및/또는 보강재(233)를 포함할 수 있다.

200, 300, 400, 500, 600: 연료전지용 가습기
210: 가습 모듈 211: 미드-케이스
211a; 배가스 유입구 211b: 배가스 배출구
211c: 격벽 212: 카트리지
212a: 중공사막 212b: 고정층
212c: 이너 케이스 220: 캡
230, 230a, 230b, 530, 530a, 530b: 패킹 부재
231: 패킹부 231a: 메인 바디
231aa: 주변부 231ab: 리브
231b: 날개부 231ba: 제1 서브-날개부
231bb: 제2 서브-날개부 232: 에지부
233: 보강재

Claims

연료전지용 가습기에 있어서,
외부로부터 공급되는 공기를 연료전지 스택으로부터 배출되는 배가스(off-gas) 내의 수분(moisture)으로 가습하는 가습 모듈(humidifying module); 및
상기 가습 모듈의 일단에 결합된 캡(cap)
을 포함하되,
상기 가습 모듈은,
미드-케이스(mid-case); 및
상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지(cartridge)
를 포함하고,
상기 연료전지용 가습기는, 상기 캡이 상기 중공사막들과만 유체연통할 수 있도록, 기계적 조립을 통해 상기 가습 모듈의 일단에 기밀하게 결합된(air-tightly coupled) 패킹 부재(packing member)를 더 포함하는,
연료전지용 가습기.
제1항에 있어서,
상기 패킹 부재는,
상기 카트리지의 말단부가 삽입되는 홀(hole)을 가지며 상기 미드-케이스와 상기 카트리지 사이에 개재되는(interposed) 패킹부(packing part); 및
상기 패킹부를 둘러싸는 에지부(edge part)
를 포함하는,
연료전지용 가습기.
제2항에 있어서,
상기 패킹부는,
메인 바디(main body); 및
상기 홀을 둘러싸며 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지의 말단부에 밀착(cling to)하는 날개부(wing)
를 포함하는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,상기 패킹부가 상기 메인 바디와 상기 날개부 사이에 제1 홈을 갖도록, 상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있는,
연료전지용 가습기.
제4항에 있어서,
상기 패킹부는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 포함하고,
상기 제1 홈은 상기 제1 면에 형성된,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 날개부는 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출된,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 날개부는 상기 홀의 중심축 방향으로 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들을 포함하는,
연료전지용 가습기.
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 각각은 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출된,
연료전지용 가습기.
제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 하나는 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있고,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 다른 하나는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 홀과 상기 날개부 각각은 상기 홀에 삽입된 상기 카트리지의 말단부의 형태에 대응하는 형태를 갖는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 에지부는 상기 미드-케이스의 테두리(rim)가 삽입되는 제2 홈(groove)을 갖는,
연료전지용 가습기.
제11항에 있어서,
상기 메인 바디는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 포함하고,
상기 메인 바디는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 갖는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 갖고,
상기 패킹 부재는, 상기 메인 바디 중 적어도 일 부분에 삽입되어 있으며 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 갖는 보강재를 더 포함하는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 가습 모듈은 2개 이상의 카트리지들을 포함하고,
상기 패킹부는 상기 카트리지들이 각각 삽입되는 2개 이상의 홀들을 갖고,
상기 패킹부는 상기 홀들을 각각 둘러싸는 2개 이상의 날개부들을 포함하고,
상기 메인 바디는,
주변부(peripheral part); 및
상기 홀들 사이의 적어도 하나의 리브(rib)
를 포함하는,
연료전지용 가습기.
제14항에 있어서,
상기 패킹 부재는 상기 캡을 향하는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 갖고,
상기 에지부는, 상기 제2 면에 형성되어 있으며 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입되는 제2 홈을 갖고,
상기 리브는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 갖는,
연료전지용 가습기.
제14항에 있어서,
상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 갖고,
상기 패킹 부재는, 상기 메인 바디 중 적어도 일 부분에 삽입되어 있으며 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 갖는 보강재를 더 포함하는,
연료전지용 가습기.
제16항에 있어서,
상기 보강재는 상기 리브 내에 삽입되어 있는,
연료전지용 가습기.
제3항에 있어서,
상기 카트리지는,
말단에 개구(opening)를 가지며 상기 다수의 중공사막들이 들어있는 이너 케이스(inner case); 및
상기 다수의 중공사막들의 말단부들이 포팅되어 있으며 상기 이너 케이스의 개구를 폐쇄시키는 고정층
을 더 포함하는,
연료전지용 가습기.
제18항에 있어서,
상기 고정층의 적어도 일부는 상기 이너 케이스 밖에 위치하며,
상기 날개부는 상기 고정층에 밀착하는,
연료전지용 가습기.
제18항에 있어서,
상기 고정층 전체가 상기 이너 케이스 내에 위치하며,
상기 날개부는 상기 이너 케이스에 밀착하는,
연료전지용 가습기.
미드-케이스 및 상기 미드-케이스 내에 배치되며 다수의 중공사막들을 포함하는 적어도 하나의 카트리지를 포함하는 가습기를 위한 패킹 부재에 있어서,
상기 카트리지의 말단부가 삽입될 수 있는 홀을 가지며 상기 미드-케이스와 상기 카트리지 사이에 개재될 수 있는 패킹부; 및
상기 패킹부를 둘러싸는 에지부를 포함하되,
상기 패킹부는,
메인 바디; 및
상기 홀을 둘러싸는 날개부
를 포함하고,
상기 날개부는, 상기 홀에 삽입될 상기 카트리지의 말단부에 밀착할 수 있도록, (i) 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있거나, (ii) 상기 패킹부가 상기 메인 바디와 상기 날개부 사이에 제1 홈을 갖도록 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있는,
패킹 부재.
제21항에 있어서,
상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있고,
상기 제1 홈에서 상기 날개부와 상기 메인 바디가 이루는 각도는 5° 이상 90° 미만인,
패킹 부재.
제21항에 있어서,
상기 날개부는 상기 홀의 중심축 방향으로 나란히 배열된 제1 및 제2 서브-날개부들을 포함하는,
패킹 부재.
제23항에 있어서,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 각각은 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출된,
패킹 부재.
제23항에 있어서,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 하나는 상기 메인 바디로부터 상기 홀의 중심을 향해 돌출되어 있고,
상기 제1 및 제2 서브-날개부들 중 다른 하나는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있는,
패킹 부재.
제21항에 있어서,
상기 에지부는 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입될 수 있는 제2 홈을 갖는,
패킹 부재.
제26항에 있어서,
상기 날개부는 상기 메인 바디에 대해 소정 각도로 기울어져 있고,
상기 패킹 부재는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 갖고,
상기 제1 홈은 상기 제1 면에 형성되어 있고,
상기 제2 홈은 상기 제2 면에 형성되어 있는,
패킹 부재.
제27항에 있어서,
상기 메인 바디는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 갖는,
패킹 부재.
제21항에 있어서,
상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 갖고,
상기 패킹 부재는, 상기 메인 바디 중 적어도 일 부분에 삽입되어 있으며 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 갖는 보강재를 더 포함하는,
패킹 부재.
제21항에 있어서,
상기 패킹부는 2개 이상의 상기 카트리지들이 각각 삽입될 수 있는 2개 이상의 홀들을 갖고,
상기 패킹부는 상기 홀들을 각각 둘러싸는 2개 이상의 날개부들을 포함하고,
상기 메인 바디는,
주변부; 및
상기 홀들 사이의 적어도 하나의 리브
를 포함하는,
패킹 부재.
제30항에 있어서,
상기 패킹 부재는 상기 제1 홈이 형성되어 있는 제1 면 및 그 반대 편의 제2 면을 갖고,
상기 에지부는, 상기 제2 면에 형성되어 있으며 상기 미드-케이스의 테두리가 삽입될 수 있는 제2 홈을 갖고,
상기 리브는 상기 제1 및 제2 면들 중 적어도 한 면에 형성된 제3 홈을 갖는,
패킹 부재.
제30항에 있어서,
상기 패킹부와 상기 에지부 각각은 30 내지 70 Shore A의 제1 경도를 갖고,
상기 패킹 부재는, 상기 메인 바디 중 적어도 일 부분에 삽입되어 있으며 상기 제1 경도보다 높은 제2 경도를 갖는 보강재를 더 포함하는,
패킹 부재.
제32항에 있어서,
상기 보강재는 상기 리브 내에 삽입되어 있는,
패킹 부재.