WO2023022343A1 - 연료전지 막가습기 - Google Patents

연료전지 막가습기 Download PDF

Info

Publication number
WO2023022343A1
WO2023022343A1 PCT/KR2022/008160 KR2022008160W WO2023022343A1 WO 2023022343 A1 WO2023022343 A1 WO 2023022343A1 KR 2022008160 W KR2022008160 W KR 2022008160W WO 2023022343 A1 WO2023022343 A1 WO 2023022343A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
seal
fuel cell
cartridge
dry air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2022/008160
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이철희
유종현
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NVH Korea Inc
Original Assignee
NVH Korea Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NVH Korea Inc filed Critical NVH Korea Inc
Priority to JP2024509515A priority Critical patent/JP7799036B2/ja
Priority to CN202280059739.2A priority patent/CN117897835A/zh
Priority to US18/684,301 priority patent/US20240356049A1/en
Priority to EP22858585.7A priority patent/EP4391124A4/en
Publication of WO2023022343A1 publication Critical patent/WO2023022343A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H01M8/0278—O-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/02—Specific tightening or locking mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/041—Gaskets or O-rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/20—Specific housing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/21—Specific headers, end caps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the content disclosed herein relates to a fuel cell membrane humidifier, which can maintain airtightness between an inlet housing and a cartridge when manufacturing the membrane humidifier, and increases airtightness and sealing pressure when dry air is supplied, thereby supplying dry air and fuel It relates to an improved fuel cell membrane humidifier to stably maintain cell power generation efficiency.
  • hydrogen fuel cells that utilize electricity generated when hydrogen fuel and oxygen react are polymer electrolyte fuel cells, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), and dual fuel cells.
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cells
  • PAFC phosphoric acid fuel cells
  • dual fuel cells Various types such as exchange membrane fuel cells are being developed.
  • the selective permeable membrane used in the membrane humidification method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeable area per unit volume when forming a module.
  • a humidifier using a hollow fiber membrane high integration of the hollow fiber membrane with a large contact surface area is possible, so that even a small volume of fuel cell can be sufficiently humidified, low-cost materials can be used, and gas discharged from a fuel cell at a high temperature (or off-gas) has the advantage that it can be reused through a humidifier by recovering moisture and heat contained in it.
  • Korea Patent Registration No. 10-2265021 discloses a fuel cell membrane humidifier having an assembly member between ends of a cap case and a middle case.
  • the aforementioned conventional fuel cell membrane humidifier includes a middle case in which a plurality of hollow fiber membranes are accommodated; a cap case coupled to the middle case; potting parts formed at ends of the plurality of hollow fiber membranes and spaced apart from the inner surface of the middle case; an assembling member disposed between ends of the cap case and the middle case to airtightly couple therebetween; and a protrusion extending from the inside of the cap case toward an edge of the potting part to airtightly couple the cap case and the potting part, wherein the rim of the potting part is contracted by a predetermined depth by the protrusion.
  • the humidifier is starting.
  • the fuel cell membrane humidifier has been proposed as a design structure in which airtightness is maintained for the hollow fiber membrane cartridge in the process of supplying dry air for humidification to the inside of the hollow fiber membrane as the packing member is configured such that the ends of the cap case and the middle case are in direct contact with each other. .
  • the conventional membrane humidifier described above provides packing for the end of the humidification module, when used for a long time, airtightness between the cap case and the middle case and the hollow fiber membrane cartridge to which high-pressure dry air is supplied is poor, resulting in dry air leakage. This occurs, which lowers the supply efficiency of humidified air and adversely affects the power generation efficiency of the connected battery.
  • the disclosed invention increases the airtightness between the cartridge housing and the inlet housing by acting on the variable seal through the back pressure passage when the air pressure introduced into the main chamber of the inlet housing when supplying dry air, and stably humidifies the flow of dry air to the membrane.
  • the purpose is to provide a fuel cell membrane humidifier that can be maintained.
  • the disclosed invention is a fuel cell membrane humidifier capable of stably maintaining the fuel cell power generation efficiency by stably maintaining the humidified flow of dry air to the membrane while forming a circulating flow or vortex of gas without a dead zone inside the hollow fiber membrane cartridge It aims to provide
  • a main housing having an inlet connection formed at one end of the body, an outlet connection formed at the other end of the body, and a gas outlet formed at one side of the body;
  • a hollow fiber membrane cartridge having a seal mount protruding from an end of the cartridge housing, a fixing layer for potting a plurality of membranes on both ends of the main body, and installed inside the main housing;
  • an inlet housing having a coupling part mounted on the inlet connection part of the main housing, a seal ground part formed inside the coupling part, and a main chamber into which dry air is supplied through a cooler;
  • a coupling part mounted on the outlet connection part of the main housing, a gas inlet through which gas is supplied from the hydrogen fuel cell stack, a second chamber through which humid air formed through the membrane flows, and a cartridge coupled to one end of the cartridge housing
  • An outlet housing having an insertion portion; a variable seal having a body elastically grounded on an outer circumferential surface of the seal mount and a rib elastically deformed with respect to the body and
  • variable seal is a fuel cell having a first groove concave on one side of the body and a second groove spaced apart from the first groove and accommodating the dry air pressure. It is to provide a membrane humidifier.
  • Another feature of the invention according to an embodiment is to provide a fuel cell membrane humidifier in which the rib has a predetermined variable angle and extends outward from the second groove.
  • Another feature of the invention according to an embodiment is to provide a fuel cell membrane humidifier in which the variable seal is configured in the cartridge insertion part of the outren housing.
  • Another feature of the invention according to an embodiment is to provide a fuel cell membrane humidifier in which the variable seal is composed of an elastic member including a rubber material.
  • the hollow fiber membrane cartridge has an arrangement of an upstream distribution port, a midstream distribution port, and a downstream distribution port formed on one side wall of the cartridge housing, and formed on the other side wall of the cartridge housing. It has an array of upstream outlets, midstream outlets, and downstream outlets, and the distribution ports are formed in a plurality of multi-layer arrangements so that the opening area gradually increases from upstream to downstream, and the outlets gradually increase from downstream to upstream. It is to provide a fuel cell membrane humidifier formed in a plurality of multi-layer arrangements so that the opening area is increased.
  • the ground pressure or sealing pressure is increased by the back pressure generated by the air pressure formed in the main chamber of the inlet housing along with the elastic force of the variable seal for the membrane humidifier, thereby increasing the inlet housing and the hollow It has the advantage of firmly maintaining airtightness and sealing performance between desert cartridges as well as stably maintaining the flow of dry air.
  • the wet gas is circulated within the hollow fiber membrane module by the arrangement structure of the distribution port and the discharge port having different opening areas from the upstream side to the midstream side and the downstream side of the cartridge housing. It has the advantage of providing maximized humidification efficiency without dead zone for dry compressed air passing through the inside of the cartridge and the hollow fiber membrane.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the invention disclosed herein;
  • FIG 2 is an enlarged view of the main part of the fuel cell membrane humidifier shown in Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a variable seal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an initial state of a variable seal for a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an action state of a variable seal when dry air is supplied to a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the invention disclosed in this specification
  • FIG. 2 is an enlarged view of main parts of the fuel cell membrane humidifier shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a variable according to an embodiment of the present invention.
  • a schematic perspective view of a seal Figure 4 is a schematic diagram showing an initial state of a variable seal for a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a dry air of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention
  • 6 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel cell membrane humidifier according to an embodiment of the present invention includes a main housing 10 and a hollow fiber membrane cartridge 20 installed inside the main housing 10, the main housing It is configured to include an inlet housing 30 and an outlet housing 40 mounted on both sides of (10), respectively.
  • the main housing 10 includes an inlet connection part 11 formed at one end of the body, an outlet connection part 12 formed at the other end of the body, and a gas outlet 16 formed at one side of the body.
  • the hollow fiber membrane cartridge 20 includes a seal mount 22 protruding from the end of the cartridge housing 21 and a fixing layer 23 potting a plurality of membranes M at both ends of the main body, and the main housing ( 10) is installed inside.
  • the main housing 10 includes a flow-in section 13 forming an inlet of gas discharged from the fuel cell, a flow-out section 15 forming an outlet of the gas, and the flow-in section (13) and at least one cartridge support portion (14; 14a, 14b) formed on the inner wall of the main body between the flow out section (15).
  • the hollow fiber membrane cartridge 20 includes at least one support part 24; 24a, 24b for mounting to the cartridge support part 14; 14a, 14b inside the main housing 10.
  • the inlet housing 30 includes a coupling portion 31 mounted to the inlet connection portion 11 of the main housing 10, a seal ground portion 32 formed inside the coupling portion 31, and a cooler ( 36) and a main chamber 33 through which dry air is supplied therein.
  • the inlet housing 30 is not limited to a specific shape, and as an example, as shown in the drawing, the inlet housing 30 may have a rectangular housing structure in which the outer side of the coupling part 31 is open, and the inlet housing 30 An air inlet 37 is formed on the other side of the coupling part 31 of the.
  • the outlet housing 40 includes a coupling portion 41 mounted to the outlet connection portion 12 of the main housing 10, a gas inlet portion 42 through which gas is supplied from the hydrogen fuel cell stack, and the membrane M It has a second chamber 43 through which the high-humidity air formed through the flow and a cartridge insertion portion 44 to which one end of the cartridge housing 21 is coupled.
  • the outlet housing 40 may include a gas inlet 45 and an air outlet 46 as in the prior art.
  • the flow-in section 13 of the main housing 10 is a flow of high-pressure, high-humidity gas or water vapor formed in a hydrogen fuel cell through the gas inlet 42 of the outlet housing 40 A space is formed, and the flow out section 15 circulates the gas inside the cartridge housing 21 and contacts the membrane M or the hollow fiber membrane sufficiently without a dead zone, and then the outside of the cartridge housing 21 to form a flow space discharged to
  • the inlet housing 30 and the outlet housing 40 are respectively bolted to the inlet connection part 11 and the outlet connection part 12 of the main housing 10 or guide pin assembly process in the process of assembling the cartridge and manufacturing the membrane humidifier. can be fixed through
  • the film humidifier according to the present invention is elastically deformed with respect to the body 51 and the body portion 51 elastically grounded on the outer circumferential surface of the seal mount 21, and the A variable seal 50 having a rib 52 in close contact with the seal contact portion 32 and a back pressure passage 34 communicating between the main chamber 33 and the seal contact portion 32;
  • the contact pressure of the rib 52 with respect to the seal contact portion 32 is increased corresponding to the pressure of the dry air introduced into the main chamber 33 through the back pressure passage 34. do.
  • the variable seal 50 includes a first groove 53 concave on one side of the body 51 and a second groove 54 spaced apart from the first groove 53 and accommodating the dry air pressure.
  • the rib 52 has a predetermined variable angle and extends outward from the second groove 54.
  • variable seal 50 is composed of an elastic member including a rubber material, and the rib 52 is bent to correspond to the air pressure applied through the back pressure passage 34 to the body 51. is integrally formed in
  • the back pressure strikes on the surface of the second groove 54 and acts as a pushing force toward the seal contact portion 32 of the inlet housing 30 with respect to the rib 52 . Accordingly, the rib 52 firmly maintains airtightness and sealing performance by having a grounding pressure increased by the back pressure as well as its own elastic force.
  • the membrane of the hollow fiber membrane cartridge ( M) may further include an adapter 60 guiding the inlet, and in this case, the variable seal 50 as described above may be configured at the end of the hollow fiber membrane cartridge 20, of course.
  • the hollow fiber membrane cartridge 20 includes an upstream distribution port 25a, a midstream distribution port 25b, and a downstream distribution port 25c formed on one side wall of the cartridge housing 21. It is configured to include an array 25 and an outlet array 26 including an upstream outlet 26a, a midstream outlet 26b, and a downstream outlet 26c formed on the other side wall of the cartridge housing 10.
  • the distribution ports (25; 25a, 25b, 25c) are formed in a multi-layer arrangement so that the opening area gradually increases from upstream to downstream.
  • the through-hole structure may have a number that gradually increases toward the downstream distribution port 25c compared to the upstream distribution port 25a.
  • the distribution port array 25 includes a through hole whose opening area increases as the distance from the flow-in section 13 increases.
  • the upstream distribution port 25a, the midstream distribution port 25b, and the downstream distribution port 25c may each have a through hole structure having a different opening area, and may have a circular hole or It can have various geometrical variations including triangular holes and rectangular holes.
  • the discharge ports 26 are formed in a plurality of multi-layer arrangements such that the opening area gradually increases from upstream to downstream.
  • the structure may have a structure in which the number of through holes gradually increases toward the downstream discharge port 26c compared to the upstream discharge port 26a.
  • the discharge port arrangements 26 include through-holes whose opening area decreases as the distance from the flow-out section 15 increases.
  • the upstream discharge port 26a, the midstream discharge port 26b, and the downstream discharge port 26c may each have a through-hole structure having a different opening area, a circular hole or a triangular hole, It can have several geometric variations including rectangular holes.
  • the gas generated in the hydrogen fuel cell stack (not shown) is usually provided in the form of high-pressure water vapor set in advance, and the gas inlet 42 of the outlet housing 40 is supplied through, and is primarily filled in the flow-in section 13 of the main housing 10.
  • the gas filled in the flow-in section 13 passes through an upstream distribution port 25a, a midstream distribution port 25b, and a downstream distribution port 25c sequentially provided on one side wall of the cartridge housing 21, It flows into the inside of the housing 21.
  • the gas forms a predetermined circulatory air current and vortex (see the spiral arrow in FIG. 1) between the upper, middle and lower regions of the hollow fiber membrane module in the cartridge housing 20, and the membrane M and After forming moisture while circulating through the hollow fiber membrane module, it advances to the flow-out section 15 of the main housing 10 through the outlets 26a, 26b, and 26c.
  • the external dry air requiring humidification is filled at a predetermined pressure in the main chamber 33 of the inlet housing 30 and flows along the back pressure passage 34 onto the second groove 54 of the variable seal 50.
  • the back pressure introduced onto the second groove 54 of the variable seal 50 acts as a force pushing the rib 54 outward or toward the ground portion 42 of the inlet housing 30 .
  • the back pressure given to the variable seal 50 acts as a force F in the horizontal and vertical directions in the drawing through the body 51 and the rib 52, so that the airtightness is firmly maintained, so that the inlet housing 30 ) and the flow of dry air passing through the membrane module (M) is stably maintained.
  • the hydrogen is supplied to the fuel cell stack.
  • the fuel cell membrane humidifier according to the present invention forms even contact with the gas supplied from the hydrogen fuel cell stack throughout the upper, middle, and lower arrangement of the membrane module M or the hollow fiber membrane module, thereby improving humidification efficiency and
  • the airtightness of the main chamber 33 of the inlet housing 30 is firmly maintained, the supply efficiency of dry air is increased, thereby greatly improving the performance of the membrane humidifier.
  • the fuel cell membrane humidifier according to the present invention can maintain airtightness between the inlet housing and the cartridge, and when dry air is supplied, airtightness and sealing pressure are increased, which is useful for stably maintaining dry air supply and fuel cell power generation efficiency. .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 명세서에 개시된 내용은 메인 하우징; 카트리지 하우징의 단부에 돌출 형성된 시일 마운트와, 다수의 멤브레인을 본체 양측 단부에 포팅시키는 고정층을 구비하며, 상기 메인 하우징의 내부에 설치되는 중공사막 카트리지; 상기 메인 하이징의 인렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 상기 커플링부의 내측에 형성되는 시일 접지부 및 쿨러를 통하여 건조공기가 내부에 공급되는 메인챔버를 구비하는 인렛 하우징; 상기 메인 하우징의 아웃렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 수소연료전지 스택으로부터 가스가 제공되는 가스 유입구, 상기 멤브레인을 통하여 형성되는 다습공기가 유동하는 제2 챔버 및 상기 카트리지 하우징의 일측 단부가 결합되는 카트리지 삽입부를 구비하는 아웃렛 하우징; 상기 시일 마운트의 외주면에 탄성적으로 접지되는 바디와, 상기 바디부에 대해 탄성적으로 변형되며 상기 시일 접지부에 밀착되는 리브를 구비하는 가변 시일; 및 상기 메인챔버와 상기 시일 접지부 사이에 연통되는 배압통로;를 포함하며, 상기 건조공기 공급시 상기 배압통로를 통하여 도입되는 상기 메인챔버의 건조공기 압력에 상응하여 상기 시일 접지부에 대한 상기 리브의 접지압력이 증가되도록 형성되는 연료전지 막가습기에 관한 것이다.

Description

연료전지 막가습기
본 명세서에 개시되는 내용은 연료전지 막가습기에 관한 것으로서, 막가습기 제조시 인렛 하우징과 카트리지 사이의 기밀성을 유지할 수 있으며, 건조공기 공급시에는 기밀성 및 씰링압력이 증가하게 되어 건조공기의 공급 및 연료전지 발전 효율을 안정적으로 유지할 수 있도록 개량된 연료전지 막가습기에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로, 수소 연료와 산소의 반응시 발생하는 전기를 활용하는 수소연료전지는 고분자 전해질형 연료전지, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 이중교환막연료전지 등 여러가지 유형으로 개발되고 있다.
특히, 막가습 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 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 가스(혹은 off-gas)에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
종래 기술의 하나로서 한국특허등록 제10-2265021호에 캡 케이스와 미들 케이스의 단부 사이에 조립부재가 구비된 연료전지 막가습기가 개시되어 있다.
보다 구체적으로, 전술한 종래의 연료전지 막가습기는, 복수의 중공사막이 수용되는 미들 케이스; 상기 미들 케이스와 결합되는 캡 케이스; 상기 복수의 중공사막 단부에 형성되어 있으며 상기 미들 케이스의 내면과 이격되도록 배치된 포팅부; 상기 캡 케이스와 상기 미들 케이스의 단부 사이에 배치되어 그 사이를 기밀하게 결합하는 조립부재; 및 상기 캡 케이스의 내측에서 상기 포팅부의 테두리 쪽으로 연장되어 상기 캡 케이스와 상기 포팅부 사이를 기밀하게 결합하는 돌출부를 포함하고, 상기 포팅부의 테두리부는 상기 돌출부에 의해 소정 깊이만큼 수축되어 있는 연료전지 막가습기를 개시하고 있다.
상기 연료전지 막가습기는, 패킹부재가 캡 케이스와 미들 케이스 각각 단부들이 서로 직접 접촉하도록 구성됨으로서 중공사막 내부로 가습을 위한 건조공기 공급 과정에서 중공사막 카트리지에 대한 기밀이 유지되는 설계 구조로서 제시되었다.
하지만, 전술한 종래의 막가습기는 비록 가습 모듈의 단부에 대한 패킹을 제공하기는 하지만 장기간 사용시 고압의 건조공기가 공급되는 캡 케이스와 미들 케이스 및 중공사막 카트리지 사이에 대한 기밀성이 떨어져 건조공기의 누출이 발생하게 되며, 이로 인해 가습공기의 공급 효율을 낮추게 됨은 물론 연결전지 발전 효율에 악영향을 주는 문제가 있다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 막가습기용 카트리지 및 메인하우징의 조립구조 및 패킹 설계 분야에서 여러 가지 연구개발이 다양하게 시도되고 있는 실정이다.
개시된 발명은, 건조공기 공급시 인렛 하우징의 메인 챔버에 도입되는 공압이 배압통로를 통하여 가변 시일에 작용함으로서 카트리지 하우징과 인렛 하우징 사이에 기밀성을 증가시키고, 멤브레인에 대한 건조공기의 가습 흐름을 안정적으로 유지할 수 있는 연료전지 막가습기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 개시된 발명은, 중공사막 카트리지 내부에서 데드존 없이 가스의 순환 흐름 또는 와류를 형성시키면서 멤브레인에 대한 건조공기의 가습 흐름을 안정적으로 유지시킴으로서 연료전지 발전 효율을 안정적으로 유지할 수 있는 연료전지 막가습기를 제공하는데 목적이 있다.
개시된 내용에 따른 발명의 한 특징은,
몸체 일단부에 형성된 인렛 연결부와, 몸체 타단부에 형성된 아웃렛 연결부 및 몸체 일측에 형성되는 가스 배출구를 구비한 메인 하우징; 카트리지 하우징의 단부에 돌출 형성된 시일 마운트와, 다수의 멤브레인을 본체 양측 단부에 포팅시키는 고정층을 구비하며, 상기 메인 하우징의 내부에 설치되는 중공사막 카트리지; 상기 메인 하이징의 인렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 상기 커플링부의 내측에 형성되는 시일 접지부 및 쿨러를 통하여 건조공기가 내부에 공급되는 메인챔버를 구비하는 인렛 하우징; 상기 메인 하우징의 아웃렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 수소연료전지 스택으로부터 가스가 제공되는 가스 유입구, 상기 멤브레인을 통하여 형성되는 다습공기가 유동하는 제2 챔버 및 상기 카트리지 하우징의 일측 단부가 결합되는 카트리지 삽입부를 구비하는 아웃렛 하우징; 상기 시일 마운트의 외주면에 탄성적으로 접지되는 바디와, 상기 바디부에 대해 탄성적으로 변형되며 상기 시일 접지부에 밀착되는 리브를 구비하는 가변 시일; 및 상기 메인챔버와 상기 시일 접지부 사이에 연통되는 배압통로;를 포함하며, 상기 건조공기 공급시 상기 배압통로를 통하여 도입되는 상기 메인챔버의 건조공기 압력에 상응하여 상기 시일 접지부에 대한 상기 리브의 접지압력이 증가되도록 형성되는 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
일실시예에 따른 발명의 다른 특징은, 상기 가변 시일이 상기 바디의 일측에 요홈된 제1 그루브와 상기 제1 그루부로부터 이격 형성되며 상기 건조공기 압력을 수용하는 제2 그루브를 구비한 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
일실시예에 따른 발명의 또 다른 특징은, 상기 리브는 소정의 가변 각도를 가지며 상기 제2 그루브로부터 외측으로 벌어지며 연장 형성되는 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
일실시예에 따른 발명의 또 다른 특징은, 상기 가변 시일이 상기 아웃렌 하우징의 카트리지 삽입부에 구성되는 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
일실시예에 따른 발명의 또 다른 특징은, 상기 가변 시일이 고무재를 포함하는 탄성부재로 구성되는 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
일실시예에 따른 발명의 또 다른 특징은, 상기 중공사막 카트리지가 상기 카트리지 하우징의 일측 측벽에 형성되는 상류 분배구와 중류 분배구 및 하류 분배구의 배열과, 상기 카트리지 하우징의 타측 측벽에 형성되는 상류 토출구와 중류 토출구 및 하류 토출구의 배열을 구비하며, 상기 분배구들은 상류로부터 하류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성되고, 상기 토출구들은 하류로부터 상류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성되는 연료전지 막가습기를 제공함에 있다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 막가습기용 가변 시일이 자체의 탄성력과 더불어 인렛 하우징의 메인 챔버에 형성되는 공기 압력에 의해 발생되는 배압에 의해 접지압력 혹은 씰링 압력이 증가됨으로서 인렛 하우징과 중공사막 카트리지 사이의 기밀 및 시일성능을 견고하게 유지함은 물론 건조공기의 흐름을 안정적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 카트리지 하우징의 상류측으로부터 중류측 및 하류측에서 각각 상이한 개구면적을 갖는 분배구 및 토출구 배열 구조에 의해 다습가스는 중공사막모듈내에서 순환 유동하게 됨으로서 카트리지 내부 및 중공사막을 통과하는 건조한 압축 공기에 대해 데드존 없이 극대화된 가습효율을 제공하는 장점이 있다.
아울러, 이와 같은 기재된 본 발명의 효과는 발명자가 인지하는지 여부와 무관하게 기재된 내용의 구성에 의해 당연히 발휘되게 되는 것이므로 상술한 효과는 기재된 내용에 따른 몇 가지 효과일 뿐 발명자가 파악 또는 실재하는 모든 효과를 기재한 것이라 인정되어서는 안 된다.
또한, 본 발명의 효과는 명세서의 전체적인 기재에 의해서 추가로 파악되어야 할 것이며, 설사 명시적인 문장으로 기재되어 있지 않더라도 기재된 내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서를 통해 그러한 효과가 있는 것으로 인정할 수 있는 효과라면 본 명세서에 기재된 효과로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 명세서에 개시된 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 단면도,
도 2는 도 1에 표기된 연료전지 막가습기의 요부 확대도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 시일의 개략적인 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기용 가변 시일의 초기 상태를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 건조공기 공급시 가변 시일의 작용 상태를 도시한 개략도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 개략적인 분해사시도,
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 연료전지 막가습기의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 단면도이며, 도 2는 도 1에 표기된 연료전지 막가습기의 요부 확대도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 시일의 개략적인 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기용 가변 시일의 초기 상태를 도시한 개략도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 건조공기 공급시 가변 시일의 작용 상태를 도시한 개략도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기의 개략적인 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 막가습기는, 메인 하우징(10)과 상기 메인 하우징(10)의 내부에 설치되는 중공사막 카트리지(20), 상기 메인 하우징(10)의 양측에 각각 장착되는 인렛 하우징(30) 및 아웃렛 하우징(40)을 포함하여 구성된다.
상기 메인 하우징(10)은 몸체 일단부에 형성된 인렛 연결부(11)와, 몸체 타단부에 형성된 아웃렛 연결부(12), 몸체 일측에 형성되는 가스 배출구(16)를 구비한다.
상기 중공사막 카트리지(20)는 카트리지 하우징(21)의 단부에 돌출 형성된 시일 마운트(22)와, 다수의 멤브레인(M)을 본체 양측 단부에 포팅시키는 고정층(23)을 구비하며, 상기 메인 하우징(10)의 내부에 설치된다.
보다 구체적으로, 상기 메인하우징(10)은 연료전지로부터의 배출되는 가스의 유입부를 형성하는 플로우 인 섹션(13)과, 상기 가스의 배출부를 형성하는 플로우 아웃 섹션(15), 및 상기 플로우 인 섹션(13)과 플로우 아웃 섹션(15) 사이의 본체 내벽에 형성되는 적어도 하나 이상의 카트리지 지지부(14; 14a, 14b)를 포함하여 구성된다.
상기 중공사막 카트리지(20)는 상기 메인 하우징(10) 내부에서 상기 카트리지 지지부(14; 14a, 14b)에 장착시키기 위한 적어도 하나 이상의 지지부(24; 24a, 24b)를 구비한다.
상기 인렛 하우징(30)은, 상기 메인 하이징(10)의 인렛 연결부(11)에 장착되는 커플링부(31)와 상기 커플링부(31)의 내측에 형성되는 시일 접지부(32) 및 쿨러(36)를 통하여 건조공기가 내부에 공급되는 메인챔버(33)를 구비한다. 상기 인렛하우징(30)은 특정 형태로 한정되지 않으며, 하나의 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 커플링부(31)의 외측이 개방된 사각 함체 구조를 가질 수 있으며, 상기 인렛하우징(30)의 커플링부(31)의 타측에 에어유입구(37)가 형성된다.
상기 아웃렛 하우징(40)은, 상기 메인 하우징(10)의 아웃렛 연결부(12)에 장착되는 커플링부(41)와 수소연료전지 스택으로부터 가스가 제공되는 가스 유입부(42), 상기 멤브레인(M)을 통하여 형성되는 다습공기가 유동하는 제2 챔버(43) 및 상기 카트리지 하우징(21)의 일측 단부가 결합되는 카트리지 삽입부(44)를 구비한다. 상기 아웃렛 하우징(40)은, 종래기술과 같이 가스 유입구(45)와 에어배출구(46)을 구비할 수 있다.
조립시 상기 메인 하우징(10)의 플로우 인 섹션(13)은 수소연료전지에서 형성되는 고압의 높은 습도를 갖는 가스 혹은 수증기가 상기 아웃렛 하우징(40)의 가스 유입부(42)를 통하여 유입되는 유동공간을 형성하며, 상기 플로우 아웃 섹션(15)은 상기 가스가 상기 카트리지 하우징(21) 내부를 순환하며 상기 멤브레인(M) 혹은 중공사막에 대해 데드 존 없이 충분히 접촉된 이후 상기 카트리지 하우징(21) 외부로 배출되는 유동공간을 형성한다.
상기 인렛 하우징(30) 및 상기 아웃렛 하우징(40)들은, 카트리지 조립 및 막가습기 제조 과정에서, 상기 메인 하우징(10)의 인렛 연결부(11) 및 아웃렛 연결부(12)에 각각 볼팅 또는 가이드핀 조립공정을 통하여 고정될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 막가습기는, 상기 시일 마운트(21)의 외주면에 탄성적으로 접지되는 바디(51)와 상기 바디부(51)에 대해 탄성적으로 변형되며 상기 시일 접지부(32)에 밀착되는 리브(52)를 구비하는 가변 시일(50)과, 상기 메인챔버(33)와 상기 시일 접지부(32) 사이에 연통되는 배압통로(34);를 구비하며, 상기 건조공기 공급시 상기 배압통로(34)를 통하여 도입되는 상기 메인챔버(33)의 건조공기 압력에 상응하여 상기 시일 접지부(32)에 대한 상기 리브(52)의 접지압력이 증가되도록 형성된다.
상기 가변 시일(50)은 상기 바디(51)의 일측에 요홈된 제1 그루브(53)와 상기 제1 그루부(53)로부터 이격 형성되며 상기 건조공기 압력을 수용하는 제2 그루브(54)를 구비하며, 상기 리브(52)는 소정의 가변 각도를 가지며 상기 제2 그루브(54)로부터 외측으로 연장 형성된다.
바람직하게는, 상기 가변 시일(50)은 고무재를 포함하는 탄성부재로 구성되며, 상기 리브(52)는 배압통로(34)를 통하여 가해지는 공기 압력에 상응하게 절곡 가능하도록 상기 바디(51)에 일체형으로 형성된다.
도 5를 참조하면, 인렛 하우징(30) 내부의 메인챔버(33)에 건조공기가 미리 설정된 압력으로 공급될 경우, 예를 들면 상기 메인챔버(33)에 카트리지 하우징(21)의 내부압력에 대해 상대적으로 높은 고압의 건조공기가 공급될 경우, 건조공기의 일부가 배압통로(34)를 따라 상기 제2 그루부(54) 상에서 배압을 형성하게 된다.
상기 배압은 제2 그루브(54)의 표면 상에 부딛혀 상기 리브(52)에 관하여 상기 인렛 하우징(30)의 시일 접지부(32) 측으로 밀어내는 힘으로 작용한다. 그에 따라, 상기 리브(52)는 자체의 탄성력과 더불어 전술한 배압에 의해 증가된 접지압력을 갖게 됨으로서 기밀 및 시일성능을 견고하게 유지한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 메인 하우징(10)에 장착되는 중공사막 카트리지(20)와 인렛 하우징(30) 사이에 공기의 흐름을 유도하여 중공사막 카트리지의 멤브레인(M) 입구 상에 안내하는 어뎁터(60)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 전술한 바와 같은 가변 시일(50)이 상기 중공사막 카트리지(20)의 단부에 구성될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 의한 중공사막 카트리지(20)는, 카트리지 하우징(21)의 일측 측벽에 형성되는 상류 분배구(25a)와 중류 분배구(25b) 및 하류 분배구(25c)를 포함하는 분배구 배열(25)과, 상기 카트리지 하우징(10)의 타측 측벽에 형성되는 상류 토출구(26a)와 중류 토출구(26b) 및 하류 토출구(26c)를 포함하는 토출구 배열(26)을 포함하여 구성된다.
상기 분배구(25; 25a, 25b, 25c)들은 상류로부터 하류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성된다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 상류 분배구(25a)에 비하여 하류 분배구(25c) 측으로 갈수로 점진적으로 증가하는 갯수의 관통홀 구조를 가질 수 있다.
상기 분배구 배열(25)은 상기 플로우 인 섹션(13)으로부터 멀어질수록 개구면적이 커지는 관통홀을 포함하여 구성된다.
비록 도시하지는 않았으나, 다른 변형실시예로서 상기 상류 분배구(25a)와 중류 분배구(25b) 및 하류 분배구(25c)들은 각각 상이한 개구면적을 갖는 관통 홀 구조를 구비할 수 있으며, 원형 홀이나 삼각형 홀, 장방형 홀을 포함하는 여러가지 기하학적 변형을 가질 수 있다.
한편, 상기 토출구(26: 26a, 26b, 26c)들은 상류로부터 하류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성된다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 상류 토출구(26a)에 비하여 하류 토출구(26c)측으로 갈수록 점진적으로 증가하는 갯수의 관통홀 구조를 가질 수 있다.
상기 토출구 배열(26: 26a, 26b, 26c)은 상기 플로우 아웃 섹션(15)으로부터 멀어질수록 개구면적이 적어지는 관통홀을 포함하여 구성된다.
비록 도시하지는 않았으나, 다른 변형실시예로서 상기 상류 토출구(26a)와 중류 토출구(26b) 및 하류 토출구(26c)들은 각각 상이한 개구면적을 갖는 관통 홀 구조를 구비할 수 있으며, 원형 홀이나 삼각형 홀, 장방형 홀을 포함하는 여러가지 기하학적 변형을 가질 수 있다.
건조공기에 대한 가습작동에 있어서, 수소연료전지 스택(미도시함)에서 생성된 가스는 통상적으로 미리 설정된 고압의 수증기 형태로 제공되는 바, 상기 아웃렛 하우징(40)의 가스 유입부(42)를 통하여 공급되며, 상기 메인하우징(10)의 플로우 인 섹션(13)에 1차적으로 충진된다.
이어서, 상기 플로우 인 섹션(13)에 충진된 가스는 카트리지 하우징(21)의 일측벽에 순차적으로 구비된 상류 분배구(25a)와 중류 분배구(25b) 및 하류 분배구(25c)를 통하여 카트리지 하우징(21)의 내부에 유입된다.
이 과정에서, 상기 가스는 카트리지 하우징(20) 내의 중공사막모듈 상부,중부 및 하부 영역들 사이에서 소정의 순환기류 및 와류(도 1의 나선형 화살표 참조)를 형성하면서 데드존 없이 멤브레인(M) 및 중공사막 모듈을 순환하며 습기를 형성한 후, 토출구(26a, 26b, 26c)들을 통하여 메인 하우징(10)의 플로우 아웃 섹션(15)에 진출한다.
한편, 가습이 요구되는 외부의 건조공기는 인렛 하우징(30)의 메인챔버(33) 내에 소정의 압력으로 충진됨과 더불어 배압통로(34)를 따라 가변 시일(50)의 제2 그루브(54) 상에 도입된다.
상기 가변 시일(50)의 제2 그루브(54) 상에 도입된 배압은 리브(54)를 외측 혹은 인렛하우징(30)의 접지부(42) 측으로 밀어내는 힘으로 작용한다. 예를 들면, 가변 시일(50)에 주어지는 배압은 바디(51) 및 리브(52)를 통하여 도면상 수평방향 및 수직방향의 힘(F)으로 작용하여, 기밀성이 견고하게 유지됨으로서 인렛 하우징(30) 및 멤브레인 모듈(M)을 통과하는 건조공기의 흐름이 안정적으로 유지된다.
전술한 바와 같이, 인렛 하우징(30)의 메인챔버(33)으로부터 멤브레인 혹은 중공사막 (M) 내부를 유동하는 건조공기는 안정된 흐름으로 충분히 가습된 후, 아웃렛 하우징(40)의 제2 챔버(43) 및 에어 배출구(46)을 통하여 수소연료전지 스택에 제공된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 연료전지 막가습기는, 수소연료전지 스택으로부터 공급되는 가스에 대해 멤브레인 모듈(M) 혹은 중공사막 모듈의 상-중-하 배열 전체적으로 고른 접촉이 형성되어 가습 효율이 향상됨과 더불어, 인렛 하우징(30)의 메인챔버(33)의 기밀이 견고하게 유지되어 건조공기의 공급 효율이 증가됨으로서, 막가습기 성능을 크게 향상시키게 된다.
본 발명의 설명에 있어서, 전술한 가스 및 건조공기의 유동 과정에서, 멤브레인 영역의 수분여과 작용은 공지이므로 자세한 설명은 생략한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 의한 연료전지 막가습기는 인렛 하우징과 카트리지 사이의 기밀성을 유지할 수 있으며, 건조공기 공급시에 기밀성 및 씰링압력이 증가하게 되어 건조공기의 공급 및 연료전지 발전 효율을 안정적으로 유지하는데 유용하다.

Claims (5)

  1. 몸체 일단부에 형성된 인렛 연결부와, 몸체 타단부에 형성된 아웃렛 연결부 및 몸체 일측에 형성되는 가스 배출구를 구비한 메인 하우징;
    카트리지 하우징의 단부에 돌출 형성된 시일 마운트와, 다수의 멤브레인을 본체 양측 단부에 포팅시키는 고정층을 구비하며, 상기 메인 하우징의 내부에 설치되는 중공사막 카트리지;
    상기 메인 하이징의 인렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 상기 커플링부의 내측에 형성되는 시일 접지부 및 쿨러를 통하여 건조공기가 내부에 공급되는 메인챔버를 구비하는 인렛 하우징;
    상기 메인 하우징의 아웃렛 연결부에 장착되는 커플링부와, 수소연료전지 스택으로부터 가스가 제공되는 가스 유입구, 상기 멤브레인을 통하여 형성되는 다습공기가 유동하는 제2 챔버 및 상기 카트리지 하우징의 일측 단부가 결합되는 카트리지 삽입부를 구비하는 아웃렛 하우징;
    상기 시일 마운트의 외주면에 탄성적으로 접지되는 바디와, 상기 바디부에 대해 탄성적으로 변형되며 상기 시일 접지부에 밀착되는 리브를 구비하는 가변 시일; 및
    상기 메인챔버와 상기 시일 접지부 사이에 연통되는 배압통로;를 포함하며,
    상기 건조공기 공급시 상기 배압통로를 통하여 도입되는 상기 메인챔버의 건조공기 압력에 상응하여 상기 시일 접지부에 대한 상기 리브의 접지압력이 증가되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 시일은,
    상기 바디의 일측에 요홈된 제1 그루브와 상기 제1 그루부로부터 이격 형성되며 상기 건조공기 압력을 수용하는 제2 그루브를 구비하며,
    상기 리브는,
    소정의 가변 각도를 가지며 상기 제2 그루브로부터 외측으로 벌어지며 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 시일은,
    상기 바디의 일측에 요홈된 제1 그루브와 상기 제1 그루부로부터 이격 형성되며 상기 건조공기 압력을 수용하는 제2 그루브를 구비하며,
    상기 리브는,
    소정의 가변 각도를 가지며 상기 제2 그루브로부터 외측으로 벌어지며 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 시일이 고무재를 포함하는 탄성부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 카트리지는,
    상기 카트리지 하우징의 일측 측벽에 형성되는 상류 분배구와 중류 분배구 및 하류 분배구의 배열과,
    상기 카트리지 하우징의 타측 측벽에 형성되는 상류 토출구와 중류 토출구 및 하류 토출구의 배열을 구비하며,
    상기 분배구들은 상류로부터 하류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성되고,
    상기 토출구들은 하류로부터 상류로 갈수록 점직적으로 개구면적이 증가되도록 다수의 복층 배열으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
PCT/KR2022/008160 2021-08-18 2022-06-09 연료전지 막가습기 Ceased WO2023022343A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024509515A JP7799036B2 (ja) 2021-08-18 2022-06-09 燃料電池膜加湿器
CN202280059739.2A CN117897835A (zh) 2021-08-18 2022-06-09 燃料电池膜加湿器
US18/684,301 US20240356049A1 (en) 2021-08-18 2022-06-09 Fuel cell membrane humidifier
EP22858585.7A EP4391124A4 (en) 2021-08-18 2022-06-09 FUEL CELL MEMBRANE HUMIDIFIER

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210108698A KR102607764B1 (ko) 2021-08-18 2021-08-18 연료전지 막가습기
KR10-2021-0108698 2021-08-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023022343A1 true WO2023022343A1 (ko) 2023-02-23

Family

ID=85239603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/008160 Ceased WO2023022343A1 (ko) 2021-08-18 2022-06-09 연료전지 막가습기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240356049A1 (ko)
EP (1) EP4391124A4 (ko)
JP (1) JP7799036B2 (ko)
KR (1) KR102607764B1 (ko)
CN (1) CN117897835A (ko)
WO (1) WO2023022343A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000022481A (ko) * 1996-07-02 2000-04-25 존 웬트워드 버크넬 유압식 어셈블리용 실
KR20110109814A (ko) * 2010-03-31 2011-10-06 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기
JP2014228105A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 本田技研工業株式会社 高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法
KR20180066418A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 연료전지용 막 가습기
KR20200122260A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재
KR102265021B1 (ko) 2018-06-05 2021-06-14 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278209A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5690975B2 (ja) * 2011-12-29 2015-03-25 コーロン インダストリーズ インク 膜加湿器
CN114026720A (zh) * 2019-06-25 2022-02-08 可隆工业株式会社 用于燃料电池的加湿器及其制造方法
KR102800842B1 (ko) * 2019-11-29 2025-04-24 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기
KR102704080B1 (ko) * 2019-11-29 2024-09-05 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기
CN212113898U (zh) * 2020-07-01 2020-12-08 深圳伊腾迪新能源有限公司 一种燃料电池增湿器进气分流固定网框
KR102538321B1 (ko) * 2020-12-23 2023-06-01 엔브이에이치코리아(주) 연료전지 막가습기

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000022481A (ko) * 1996-07-02 2000-04-25 존 웬트워드 버크넬 유압식 어셈블리용 실
KR20110109814A (ko) * 2010-03-31 2011-10-06 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기
JP2014228105A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 本田技研工業株式会社 高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法
KR20180066418A (ko) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 연료전지용 막 가습기
KR102265021B1 (ko) 2018-06-05 2021-06-14 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 막가습기
KR20200122260A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4391124A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4391124A4 (en) 2025-07-02
JP2024529745A (ja) 2024-08-08
JP7799036B2 (ja) 2026-01-14
EP4391124A1 (en) 2024-06-26
KR20230026729A (ko) 2023-02-27
US20240356049A1 (en) 2024-10-24
CN117897835A (zh) 2024-04-16
KR102607764B1 (ko) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011122822A2 (en) Humidifier for fuel cell
WO2019235800A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2018182178A1 (ko) 연료전지용 가습기
WO2023113210A1 (ko) 연료전지용 막가습기
KR102538321B1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2021107668A1 (ko) 연료전지용 가습기
WO2023033343A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2023033418A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022191608A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022196963A1 (ko) 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기
WO2022145692A1 (ko) 연료전지용 가습기
WO2022097870A1 (ko) 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기
WO2019132606A1 (ko) 유체의 흐름 방향 제어가 가능한 연료전지 막가습기
WO2023033341A1 (ko) 막가습기용 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기
WO2023022343A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022145702A1 (ko) 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기
CN114156509A (zh) 一种燃料电池的膜增湿器和燃料电池系统
WO2023239058A1 (ko) 연료전지용 가습기의 미드-케이스 및 연료전지용 가습기
WO2023033393A1 (ko) 막가습기용 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기
WO2023033344A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022265294A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022265295A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022265298A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022145791A1 (ko) 연료전지 막가습기
WO2022164141A1 (ko) 자동 유량 조절 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22858585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024509515

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18684301

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280059739.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022858585

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022858585

Country of ref document: EP

Effective date: 20240318