KR102240511B1 - 연료전지 막가습기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있는 연료전지 막가습기에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,
복수의 중공사막이 집적 형성되는 중공사막 모듈이 수용되는 미들 케이스; 상기 미들 케이스와 결합되는 캡 케이스; 상기 중공사막 모듈의 단부에 형성된 포팅부; 상기 포팅부와 상기 미들 케이스의 단부 사이에 배치되며, 상기 미들 케이스 내부 및 상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스 사이를 동시에 밀봉하는 씰링부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,
복수의 중공사막이 집적 형성되는 중공사막 모듈이 수용되는 미들 케이스; 상기 미들 케이스와 결합되는 캡 케이스; 상기 중공사막 모듈의 단부에 형성된 포팅부; 상기 포팅부와 상기 미들 케이스의 단부 사이에 배치되며, 상기 미들 케이스 내부 및 상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스 사이를 동시에 밀봉하는 씰링부재를 포함한다.
Description
본 발명은 연료전지 막가습기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있는 연료전지 막가습기에 관한 것이다.
연료 전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료 전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배가량 높다는 장점이 있다.
또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.
이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체 산화물형 연료 전지(SOFC), 및 알칼리형 연료 전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다.
이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료 전지의 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) 내압용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 2) 연료 전지 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 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 수증기를 고분자 전해질 막에 공급되는 가스에 제공함으로써 고분자 전해질 막을 가습하는 가습막 방식이 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다.
가습 막 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 막가습기를 제조할 경우 접촉 표면적이 넓은 중공사막의 고집적화가 가능하여 소용량으로도 연료 전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료 전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
한편, 일반적인 연료전지 막가습기는, 하우징부 내부에 중공사막이 수용되고, 포팅부에 의해 중공사막은 하우징부 내벽에 접착된다. 중공사막은 스택의 원하는 출력 값에 따라 특정한 가닥의 수가 하우징부 내에 수용되며 포팅부에 의해 하우징부에 접착 및 고정된다. 연료전지 막가습기에는 블로워로부터 유입된 고온의 공기와 스택으로부터 유입된 고온다습한 공기가 유입된다. 포팅부는 열팽창, 열수축률이 커서 하우징부와 포팅부 사이의 빈틈이 생기게 되고, 이를 통해 공기가 누출된다. 이를 방지하기 위해 하우징부와 포팅부 사이에는 실란트가 도포된다.
공기가 누출될 경우, 블로워로부터 유입된 공기가 연료전지 막가습기에서 누출되어 스택에 유입된 공기의 양이 작아지기 때문에 실제 스택에서 원하는 유입량보다 더 많은 양을 블로워에서 부가적으로 공급해주어야 하므로 블로워의 전력량이 커지고, 이는 시스템 전력 손실로 이어진다. 따라서, 최대한 누출이 없도록 하는 것이 전체적인 전력 효율 측면에서 유리하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있는 연료전지 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기는,
복수의 중공사막이 수용되는 미들 케이스; 상기 미들 케이스와 결합되는 캡 케이스; 상기 복수의 중공사막 단부에 형성된 포팅부; 상기 포팅부와 상기 미들 케이스의 단부 사이에 배치되며, 상기 미들 케이스 내부 및 상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스 사이를 동시에 밀봉하는 씰링부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 씰링부재는, 상기 캡 케이스의 내벽에 접촉하며 상기 미들 케이스의 단부에 장착되는 제1 씰링부와, 상기 제1 씰링부의 내측에 형성되며, 상기 포팅부를 감싸도록 형성되는 제2 씰링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 씰링부는, 상기 캡 케이스의 내벽에 접촉하면서 상기 미들 케이스의 단부에 장착되며 ㄷ 형상으로 형성된 제1 씰링 바디와, 상기 제1 씰링 바디의 일측 단부에서 하방향으로 연장되며 상기 제2 씰링부와 접촉하도록 형성된 제1 씰링 레그를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 씰링부는, 상기 제1 씰링 레그의 단부에서 내측으로 연장되며, 그 단부에서 상방향으로 연장되어 상기 제2 씰링부를 감싸도록 형성된 확장 레그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 씰링부는, 상기 제1 씰링 바디의 타측 단부에서 하방향으로 연장되며 상기 캡 케이스의 내벽 및 상기 미들 케이스의 단부와 접촉하는 제2 씰링 레그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제2 씰링부는, 상기 포팅부를 감싸도록 형성된 제2 씰링 바디와, 상기 제1 씰링 바디에 삽입되는 씰링 아암을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 막가습기에 있어서, 상기 제1 씰링부는 연질 재료로 이루어지고, 상기 제2 씰링부는 경질 재료로 이루어질 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 씰링부재를 포함하는 연료전지 막가습기는,
기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있다.
또한, 화학적인 기밀 방식이 아닌 기계적인 기밀 방식이므로, 종래의 화학적인 기밀 방식에 필요한 폴리우레탄/실런트 도포 및 경화공정을 생략할 수 있게 되어 작업시간 단축, 작업효율 향상 및 대량생산 체제 구축이 가능하다.
또한, 막가습기 내부에 배치되는 단위 카트리지 불량 발생시, 재작업성이 양호하여 부품 스크랩 비율을 낮출 수 있다.
또한, 막가습기를 분해(볼트 해체)하여 해당 불량 카트리지만 교체하여 재조립하면 되므로 재작업성 및 부품의 재활용 면에서 유리하다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제1 실시예가 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제2 실시예가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 분리 사시도이다.
도 9는 도 4의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 10은 도 5의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 11은 도 6의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 12는 도 5의 씰링부재가 포팅부에 끼워지는 과정이 도시된 도면이다.
도 13은 도 5의 씰링부재가 포팅부에 끼워진 상태가 도시된 도면이다.
도 14는 도 6의 씰링부재가 포팅부에 끼워지는 과정이 도시된 도면이다.
도 15는 도 6의 씰링부재가 포팅부에 끼워진 상태가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제1 실시예가 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제2 실시예가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 분리 사시도이다.
도 9는 도 4의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 10은 도 5의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 11은 도 6의 씰링부재가 연료전지 막가습기를 밀봉하는 상태가 도시된 부분 확대도이다.
도 12는 도 5의 씰링부재가 포팅부에 끼워지는 과정이 도시된 도면이다.
도 13은 도 5의 씰링부재가 포팅부에 끼워진 상태가 도시된 도면이다.
도 14는 도 6의 씰링부재가 포팅부에 끼워지는 과정이 도시된 도면이다.
도 15는 도 6의 씰링부재가 포팅부에 끼워진 상태가 도시된 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기를 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기는, 미들 케이스(110), 캡 케이스(120), 포팅부(130), 그리고 씰링부재(200)를 포함한다.
미들 케이스(110)는 캡 케이스(120)와 결합하여 막가습기의 외형을 형성한다. 미들 케이스(110)와 캡 케이스(120)는 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다. 미들 케이스(110)와 캡 케이스(120)는, 도 1과 같이, 폭 방향 단면 형상이 원형이거나 또는, 도 2와 같이, 폭 방향 단면 형상이 다각형일 수 있다. 상기 다각형은 사각형, 정사각형, 사다리꼴, 평행사변형, 오각형, 육각형 등일 수 있으며, 상기 다각형은 모서리가 라운드진 형태일 수도 있다. 또한, 상기 원형은 타원형일 수도 있다. 미들 케이스(110)의 양단에는 각각 제2 유체가 공급되는 제2 유체 유입구(112)와 제2 유체가 배출되는 제2 유체 유출구(113)가 형성되어 있다.
미들 케이스(110) 내부에는 복수의 중공사막들이 수용된 중공사막 모듈이 배치된다. 중공사막 모듈은 복수의 중공사막들이 집적된 중공사막 다발이거나 중공사막들이 수용된 복수의 중공사막 카트리지(C)를 포함할 수 있다. 도면에서는 중공사막 모듈이 중공사막 카트리지(C)를 포함하는 경우를 예시하고 있으며, 중공사막 모듈이 중공사막 다발을 포함하는 경우를 배제하는 것은 아니다.
캡 케이스(120)는 미들 케이스(110)의 각 양단에 결합된다. 각각의 캡 케이스(120)에는 유체 출입구(121)가 형성되어 있으며, 이 중 하나는 제1 유체 유입구가 되고, 나머지 하나는 제1 유체 유출구가 된다. 일측 캡 케이스(120)의 유체 출입구(121)로 유입된 제1 유체는 중공사막 카트리지(C) 내부에 수용된 중공사막의 내부 관로를 통과한 후, 타측 캡 케이스(120)의 유체 출입구(121)로 빠져나가게 된다. 중공사막은, 예를 들어 나피온(Nafion) 재질, 폴리에테르이미드(polyetherimide) 재질, 폴리페닐설폰(polyphenylsulfone) 재질의 중공사막이 될 수 있다.
중공사막 모듈이 복수의 중공사막 카트리지(C)를 포함하는 경우, 중공사막 카트리지(C)의 일측에는 제2 유체 유입구(112)를 통해 막가습기로 유입된 제2 유체가 중공사막 카트리지(C)의 내부로 유입되게 하는 제1 메쉬부(M)가 형성되고, 타측에는 중공사막 카트리지(C) 내부에서 수분 교환을 수행한 제2 유체가 중공사막 카트리지(C) 외부로 유출되도록 하는 제2 메쉬부(미도시)가 형성될 수 있다.
중공사막 카트리지(C) 또는 중공사막 다발의 양단부에는 중공사막들을 결속하면서 중공사막들의 사이의 공극을 메우는 포팅부(130)가 형성된다. 이로써, 중공사막 모듈의 양단부는 포팅부(130)에 막히어 그 내부에는 제2 유체가 통과하는 유로가 형성된다. 포팅부(130)의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 막가습기가 도시된 일부 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 씰링부재(200)는 제1 씰링부(210)와 제2 씰링부(220)를 포함한다. 씰링부재(200)는 포팅부(130)와 미들 케이스(110)의 단부(111) 사이에 배치되어, 미들 케이스(110)의 내부 및 미들 케이스(110)와 캡 케이스(120) 사이를 동시에 밀봉한다.
제1 씰링부(210)는 실리콘, 연질 고무 등 경도가 작은 연질 재료로 이루어지고, 제2 씰링부(220)는 플라스틱, 금속류, 경질 고무 등 경도가 큰 경질 재료로 이루어진다. 여기서, 경도의 대소 기준은 ASTM D2240(ShoreA) 70도를 기준으로 한다. 즉, 70도 이상이면 경질 재료이고, 70도 미만이면 연질 재료이다.
씰링부재(200)는 연질의 제1 씰링부(210)가 경질의 제2 씰링부(220)를 감싸도록 형성되며, 특유한 기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있다.
제1 씰링부(210)는 캡 케이스의 내벽(122)에 접촉하며 미들 케이스의 단부(111)에 장착된다. 제2 씰링부(220)는 제1 씰링부(210)의 내측에 형성되며, 포팅부(130)를 감싸도록 형성된다.
연질의 제1 씰링부(210)는 조립 과정에서 경질의 제2 씰링부(220)에 의해 압축되면서 캡 케이스의 내벽(122)을 가압하게 되어 카트리지(C)와 캡 케이스(120)에 의해 형성된 공간과 미들 케이스(110) 내부의 공간을 기밀하게 밀봉시킨다. 또한, 캡 케이스(120) 및 미들 케이스(110)의 내외부 공간을 기밀하게 밀봉시킨다. 또한, 실시예에 따라 조립 과정에서 경질의 제2 씰링부(220)는 포팅부(130)를 가압하여 카트리지(C)와 캡 케이스(120)에 의해 형성된 공간과 미들 케이스(110) 내부의 공간을 기밀하게 밀봉시킨다. 실시예에 따라 캡 케이스(120)의 내벽에는 결합 돌기(123)가 형성될 수 있으며, 결합돌기(123)는 막가습기 조립시, 캡 케이스(120)와 씰링부재(200) 사이의 고정력을 향상시킨다.
씰링부재(200)는 포팅부(130)의 재질에 따라 다양한 실시예로 구현될 수 있다. 참고로, 도 3에서는 후술하는 제3 실시예에 따른 씰링부재가 도시되어 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 다양한 형태의 씰링부재(200)에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제1 실시예가 도시된 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제2 실시예가 도시된 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 씰링부재의 제3 실시예가 도시된 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 씰링부재는, 제1 씰링 바디(211)와 제1 씰링 레그(212)를 포함하는 제1 씰링부(210)와, 제2 씰링 바디(221)와 씰링 아암(222)를 포함하는 제2 씰링부(220)로 이루어진다.
제1 씰링 바디(211)는 캡 케이스(120)의 내벽에 접촉하면서 "ㄷ" 자 형상으로 형성되고, 제1 씰링 레그(212)는 제1 씰링 바디(211)의 일측 단부에서 하방향으로 연장되며 제2 씰링부(220)와 접촉하도록 형성된다. (도 9 참조)
막가습기 조립 과정에서, 제1 씰링 바디(211)는 제2 씰링부(220)에 의해 압축되면서 캡 케이스의 내벽(122) 을 가압하고, 제1 씰링 레그(212)는 제2 씰링부(220)에 의해 압축되면서 미들 케이스(110)의 단부(111)를 가압하여, 카트리지(C)와 캡 케이스(120)에 의해 형성된 공간과 미들 케이스(110) 내부의 공간을 기밀하게 밀봉시킨다.
제2 씰링 바디(221)와 씰링 아암(222)은 경질의 재료로 이루어진다. 씰링 아암(222)은 제1 씰링 바디(211)를 가압하고, 제2 씰링 바디(221)는 제1 씰링 레그(212)를 가압한다.
이러한 제1 실시예의 씰링부재는, 포팅부(130)가 연질의 재료로 이루어진 경우에 유용하다. 제1 실시예의 씰링부재는, 막가습기 조립 과정에서 제2 씰링 바디(221)가 연질의 포팅부(130)에 끼워질 때, 포팅부(130)를 내측으로 압축시키면서 끼워진다. 제2 씰링 바디(221)와 포팅부(130)는 연질 재료의 포팅부(130)가 원위치로 복원하려는 복원력에 의해 기밀하게 밀봉된다. 동시에 제2 씰링 바디(221)는 제1 씰링 레그(212)를 가압하고, 제1 씰링 레그(212)는 제2 씰링 바디(221)에 의해 압축되면서 미들 케이스(110)의 단부(111)를 가압하여, 카트리지(C)와 캡 케이스(120)에 의해 형성된 공간과 미들 케이스(110) 내부의 공간을 기밀하게 밀봉시킨다. (도 12 및 도 13 참조) 이때, 씰링부재와 포팅부(130)의 용이한 조립 및 씰링부재의 압축을 위해, 제2 씰링 바디(221)의 저면과 측면이 이루는 각(O)은 90도 보다 큰 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 씰링부재는, 제1 씰링 바디(211)와 제1 씰링 레그(212)와 제2 씰링 레그(213)를 포함하는 제1 씰링부(210)와, 제2 씰링 바디(221)와 씰링 아암(222)를 포함하는 제2 씰링부(220)로 이루어진다. 여기서, 제1 씰링 바디(211), 제1 씰링 레그(212), 제2 씰링 바디(221), 씰링 아암(222)은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
제1 씰링 레그(212)는 제1 씰링 바디(211)의 일측 단부에서 하방향으로 연장되며, 제2 씰링 레그(213)는 제1 씰링 바디(211)의 타측 단부에서 하방향으로 연장된다. 제1 씰링 레그(212)와 제2 씰링 레그(213) 사이에는 미들 케이스(110)의 단부(111)가 끼워진다. 이때, 미들 케이스(110)의 단부(111)는 제2 씰링 레그(213)가 삽입될 수 있는 단차가 형성된다. (도 10 참조)
이와 같은 제2 실시예의 씰링부재는, 미들 케이스(110)의 단부(111)가 제1 씰링 레그(212)와 제2 씰링 레그(213) 사이에 끼워지므로 씰링부재(200)와 미들 케이스(110)의 결합력을 더 높일 수 있는 장점이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 씰링부재는, 제1 씰링 바디(211)와 제1 씰링 레그(212)와 제2 씰링 레그(213)와 확장 레그(214)를 포함하는 제1 씰링부(210)와, 제2 씰링 바디(221)와 씰링 아암(222)를 포함하는 제2 씰링부(220)로 이루어진다. 여기서, 제1 씰링 바디(211), 제1 씰링 레그(212), 제2 씰링 레그(213), 제2 씰링 바디(221), 씰링 아암(222)은 전술한 제2 실시예와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
확장 레그(214)는 연질의 재료로 이루어지고, 제1 씰링 레그(212)의 단부에서 내측으로 연장되며, 그 단부에서 상방향으로 연장되어 제2 씰링부(220)(구체적으로, 제2 씰링 바디(221))를 감싸도록 형성된다. (도 11 참조)
이러한 제3 실시예의 씰링부재는, 포팅부(130)가 경질의 재료로 이루어진 경우에 유용하다. 막가습기 조립 과정에서 제3 실시예의 씰링부재가 경질의 포팅부(130)에 끼워질 때, 포팅부(130)에 의해 연질의 확장 레그(214)가 압축되면서 끼워진다. 씰링부재와 포팅부는 연질의 확장 레그(214)가 원위치로 복원하려는 복원력에 의해 기밀하게 밀봉된다. 동시에 제2 씰링 바디(221)는 제1 씰링 레그(212)를 가압하고, 제1 씰링 레그(212)는 제2 씰링 바디(221)에 의해 압축되면서 미들 케이스(110)의 단부(111)를 가압하여, 카트리지(C)와 캡 케이스(120)에 의해 형성된 공간과 미들 케이스(110) 내부의 공간을 기밀하게 밀봉시킨다. (도 14 및 도 15 참조) 이때, 씰링부재와 포팅부(130)의 용이한 조립 및 씰링부재의 압축을 위해, 제2 씰링 바디(221)의 저면과 측면이 이루는 각(O)은 90도 보다 큰 것이 바람직하다.
전술한 제1 실시예 및 제2 실시예의 씰링부재는, 포팅부(130)가 연질의 재료인 경우에 유용하고, 제3 실시예의 씰링부재는, 포팅부(130)가 경질의 재료인 경우에 유용하다.
이러한, 제1 내지 제3 실시예의 씰링부재는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은, 원형 또는 타원형 형상의 링 형태로 이루어져서 포팅부(130)와 미들 케이스의 단부(111) 사이에 배치된다. 도 7 및 도 8은 제3 실시예의 씰링부재를 예시한 것이며, 제1 및 제2 실시예의 씰링부재는 이로부터 용이하게 도출될 수 있으므로, 도면 예시는 생략한다.
상기와 같은, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 씰링부재를 포함하는 연료전지 막가습기는, 기계적인 조립 구조에 의해 고온/고압/다습 환경 내에서 기밀 기능을 수행할 수 있다.
또한, 화학적인 기밀 방식이 아닌 기계적인 기밀 방식이므로, 종래의 화학적인 기밀 방식에 필요한 폴리우레탄/실런트 도포 및 경화공정을 생략할 수 있게 되어 작업시간 단축, 작업효율 향상 및 대량생산 체제 구축이 가능하다.
또한, 막가습기 내부에 배치되는 단위 카트리지 불량 발생시, 재작업성이 양호하여 부품 스크랩 비율을 낮출 수 있다.
또한, 막가습기를 분해(볼트 해체)하여 해당 불량 카트리지만 교체하여 재조립하면 되므로 재작업성 및 부품의 재활용 면에서 유리하다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110 : 미들 케이스 120 : 캡 케이스
130 : 포팅부 200 : 씰링부재
130 : 포팅부 200 : 씰링부재
Claims (8)
- 삭제
- 복수의 중공사막이 수용되는 미들 케이스;
상기 미들 케이스와 결합되는 캡 케이스;
상기 복수의 중공사막 단부에 형성된 포팅부; 및
상기 포팅부와 상기 미들 케이스의 단부 사이에 배치되며, 상기 미들 케이스 내부 및 상기 미들 케이스와 상기 캡 케이스 사이를 동시에 밀봉하는 씰링부재
를 포함하고,
상기 씰링부재는,
상기 캡 케이스의 내벽에 접촉하며 상기 미들 케이스의 단부에 장착되는 제1 씰링부와,
상기 제1 씰링부의 내측에 형성되며, 상기 포팅부를 감싸도록 형성되는 제2 씰링부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 2에 있어서, 상기 제1 씰링부는,
상기 캡 케이스의 내벽에 접촉하면서 상기 미들 케이스의 단부에 장착되며 ㄷ 형상으로 형성된 제1 씰링 바디와, 상기 제1 씰링 바디의 일측 단부에서 하방향으로 연장되며 상기 제2 씰링부와 접촉하도록 형성된 제1 씰링 레그를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제1 씰링부는,
상기 제1 씰링 레그의 단부에서 내측으로 연장되며, 그 단부에서 상방향으로 연장되어 상기 제2 씰링부를 감싸도록 형성된 확장 레그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제1 씰링부는,
상기 제1 씰링 바디의 타측 단부에서 하방향으로 연장되며 상기 캡 케이스의 내벽 및 상기 미들 케이스의 단부와 접촉하는 제2 씰링 레그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 4에 있어서, 상기 제1 씰링부는,
상기 제1 씰링 바디의 타측 단부에서 하방향으로 연장되며 상기 캡 케이스의 내벽 및 상기 미들 케이스의 단부와 접촉하는 제2 씰링 레그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제2 씰링부는,
상기 포팅부를 감싸도록 형성된 제2 씰링 바디와, 상기 제1 씰링 바디에 삽입되는 씰링 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
- 청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 씰링부는 연질 재료로 이루어지고, 상기 제2 씰링부는 경질 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 막가습기.
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