JP2023175851A - 燃料電池用加湿器 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャスティング工程を用いた樹脂層の形成によって加湿器の生産性が低下することを防止できる燃料電池用加湿器を提供する。【解決手段】本発明は、燃料電池スタックから排出された湿潤気体を用いて、外部から供給された乾燥気体を加湿するための加湿モジュール、及び、前記加湿モジュールの一端に結合している第１キャップを含み、前記加湿モジュールは、ミッドケース、及び、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、を含み、燃料電池用加湿器は、前記第１キャップが前記中空糸膜のみと流体連通可能なように、機械的組立によって前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合する（Ａｉｒ ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）第１パッキング部材をさらに含み、前記第１パッキング部材は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記カートリッジに密着される燃料電池用加湿器に関する。【選択図】図５
Description
本発明は、加湿された気体を燃料電池に供給するための燃料電池用加湿器に関する。
燃料電池は、乾電池や蓄電池などの一般化学電池とは違い、水素と酸素が供給される限りは電気を生産し続けることができ、熱損失がないので、内燃機関に比べて効率が２倍程高いという長所がある。
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電気エネルギーに直接変換するので、公害物質の排出が少ない。したがって、燃料電池は環境にやさしい他、エネルギー消費の増加による資源枯渇の心配も減らすことができるという長所がある。
このような燃料電池は、使用される電解質の種類によって、大きく、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）などに分類できる。
これらの各燃料電池は、根本的に同一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、電解質などが互いに異なる。特に、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いため小型化が可能な点から、小規模据置型発電装備の他に輸送システムにおいても最も有望なものと知られている。
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素の一つは、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保たせることである。高分子電解質膜が乾燥すると発電効率が急に低下するためである。
高分子電解質膜を加湿する方法には、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）燃料電池反応に必要な供給水分量を計算し、ソレノイド弁を通じてガス流動管に水分を直接供給する直接噴射（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加湿膜方式などがある。
これらの中でも、排ガス中に含まれる水蒸気だけを選択的に透過させる膜を用いて、高分子電解質膜に供給される空気に水蒸気を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。
膜加湿方式に用いられる選択的透過膜は、モジュールを形成する場合に単位体積当たりの透過面積が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と、接触表面積の広い中空糸膜を高集積化できるので、小容量でも燃料電池の加湿が十分となり、低価素材の使用が可能であり、燃料電池から排出される高温の排ガス（ｏｆｆ－ｇａｓ）中の水分と熱を回収し、加湿器を用いて再使用できるという利点がある。
図１は、通常の燃料電池用加湿器の概略分解斜視図である。
図１に例示すように、通常の膜加湿方式の加湿器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に水分取替が起きる加湿モジュール１１０、及び該加湿モジュール１１０の両端に結合しているギャップ１２０を含む。
これらのギャップ１２０のいずれか一方は、外部から供給される空気を前記加湿モジュール１１０に伝達し、他方は、前記加湿モジュール１１０によって加湿された空気を燃料電池スタックに伝達する。
前記加湿モジュール１１０は、排ガス流入口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｉｎｌｅｔ）１１１ａと排ガス流出口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｏｕｔｌｅｔ）１１１ｂを有するミッドケース（ｍｉｄ－ｃａｓｅ）１１１、及び該ミッドケース１１１内の複数の中空糸膜１１２を含む。これらの中空糸膜１１２の束の両端は、固定層１１３にポットされている。前記固定層１１３は、一般に、キャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）方式で液状ポリウレタン樹脂のような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、前記中空糸膜１１２の中空に沿って流れる。前記排ガス流入口１１１ａから前記ミッドケース１１１内に流入した排ガスは、前記中空糸膜１１２の外表面と接触した後、前記排ガス流出口１１１ｂを通って前記ミッドケース１１１から排出される。前記排ガスが前記中空糸膜１１２の外表面と接触する際に、前記排ガス中に含有されている水分が前記中空糸膜１１２を透過することにより、前記中空糸膜１１２の中空に沿って流れている空気を加湿する。
前記ギャップ１２０の内部空間は、前記中空糸膜１１２の中空のみと流体連通するだけで、前記ミッドケース１１１の内部空間とは完全に遮断されている必要がある。そうでないと、圧力差による空気漏れが発生してしまい、燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発電効率が低下する。
一般に、図１に例示するように、前記中空糸膜１１２の末端がポットされている固定層１１３、及び該固定層１１３と前記ミッドケース１１１との間の樹脂層１１４が、前記ギャップ１２０の内部空間を前記ミッドケース１１１の内部空間から遮断する。前記固定層１１３と類似に、前記樹脂層１１４も、一般に、キャスティング方式で液状ポリウレタン樹脂のような液状ポリマーを硬化させることによって形成される。
しかしながら、前記樹脂層１１４の形成のためのキャスティング工程は、相対的に長い工程時間がかかるため、加湿器１００の生産性を低下させる問題があった。
本発明は、上述したような問題を解決するために案出されたもので、キャスティング工程を用いた樹脂層の形成によって加湿器の生産性が低下することを防止できる燃料電池用加湿器を提供するためのものである。
上記のような課題を解決するために、本発明は次のような構成を含むことができる。
本発明に係る燃料電池用加湿器は、燃料電池スタックから排出された湿潤気体を用いて、外部から供給された乾燥気体を加湿するための加湿モジュール；及び、前記加湿モジュールの一端に結合している第１キャップを含むことができる。前記加湿モジュールは、ミッドケース；及び、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；を含むことができる。本発明に係る燃料電池用加湿器は、前記第１キャップが前記中空糸膜のみと流体連通可能なように、機械的組立によって前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合する（Ａｉｒ ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）第１パッキング部材をさらに含むことができる。前記第１パッキング部材は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記カートリッジに密着されてよい。
本発明は、キャップの内部空間とミッドケースの内部空間を密閉させるためのキャスティング工程が省略可能なように具現される。したがって、本発明は、生産のための工程時間の短縮によって生産性を増大させることができる。
本発明は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて密閉力を強化させることができる。また、本発明は、追加の構成なしで密閉力を強化できるので、密閉力を強化させるための費用を下げることができる。
以下では、本発明に係る燃料電池用加湿器の実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図２～図４を参照すると、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、燃料電池スタックから排出された湿潤気体を用いて、外部から供給された乾燥気体を加湿するためのものである。乾燥気体は、燃料ガス又は空気であってよい。
本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体の加湿のための加湿モジュール２、及び前記加湿モジュール２の一端に結合している第１キャップ３を含む。前記加湿モジュール２は、複数の中空糸膜２１１が結合しているカートリッジ（Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）２１、前記カートリッジ２１が結合しているミッドケース（Ｍｉｄ－ｃａｓｅ）２２、及び前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間に配置され、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２間を密閉させる第１パッキング部材２３を含む。前記第１パッキング部材２３は、キャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）工程無しで、結合によって前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２間を密閉させることができる。これにより、前記第１パッキング部材２３は、前記第１キャップ３の内部空間と前記ミッドケース２２の内部空間を密閉させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、相対的に長い工程時間がかかるキャスティング工程が省略できるので、生産のための工程時間の短縮によって生産性を増大させることができる。
以下では、前記加湿モジュール２及び前記第１キャップ３について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
図２～図４を参照すると、前記加湿モジュール２は、燃料電池スタックから排出された湿潤気体を用いて、外部から供給された乾燥気体を加湿する。前記加湿モジュール２の一端には前記第１キャップ３が結合してよい。前記加湿モジュール２の他端には第２キャップ４が結合してよい。前記第１キャップ３は、外部から供給される乾燥気体を前記加湿モジュール２に伝達することができる。前記第２キャップ４は、前記加湿モジュール２によって加湿された乾燥気体を、前記燃料電池スタックに伝達することができる。前記第２キャップ４が、外部から供給される乾燥気体を前記加湿モジュール２に伝達し、前記第１キャップ３が、前記加湿モジュール２によって加湿された乾燥気体を前記燃料電池スタックに伝達することもできる。
前記加湿モジュール２は、前記カートリッジ２１、前記ミッドケース２２、及び前記第１パッキング部材２３を含む。
前記カートリッジ２１は、前記中空糸膜２１１を複数個含む。前記中空糸膜２１１は、前記カートリッジ２１として具現され、モジュール化されてよい。これにより、前記カートリッジ２１を前記ミッドケース２２に結合させる工程により、前記中空糸膜２１１は前記ミッドケース２２の内部に設置されてよい。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記中空糸膜２１１に対する設置作業、分離作業、及び取替作業の容易性を向上させることができる。前記カートリッジ２１は、前記中空糸膜２１１を収容するインナーケース（Ｉｎｎｅｒ ｃａｓｅ）２１０を含むことができる。前記中空糸膜２１１は、前記インナーケース２１０の内部に配置されてモジュール化されてよい。前記中空糸膜２１１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、ポリビニリデンフルオリド（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、又はこれらのうち２以上の混合物で形成された高分子膜を含むことができる。
前記カートリッジ２１は、第１ポッティング部２１２を含むことができる。前記第１ポッティング部２１２は、前記中空糸膜２１１を固定させるものである。前記第１ポッティング部２１２は、前記中空糸膜２１１の一側を固定させることができる。この場合、前記第１ポッティング部２１２は、前記中空糸膜２１１の中空を塞がないように形成されてよい。前記第１ポッティング部２１２は、キャスティング工程により、液状ポリウレタン樹脂のような液状樹脂を硬化させることによって形成されてよい。前記第１ポッティング部２１２は、前記インナーケース２１０と前記中空糸膜２１１の一側とを固定させることができる。
前記カートリッジ２１は、第２ポッティング部２１３を含むことができる。前記第２ポッティング部２１３は、前記中空糸膜２１１の他側を固定させるものである。この場合、前記第２ポッティング部２１３は、前記中空糸膜２１１の中空を塞がないように形成されてよい。これにより、乾燥気体は、前記第２ポッティング部２１３と前記第１ポッティング部２１２に邪魔されることなく前記中空糸膜２１１の中空に供給され、加湿された後に前記燃料電池スタックに供給されてよい。前記第２ポッティング部２１３は、キャスティング工程により、液状ポリウレタン樹脂のような液状樹脂を硬化させることによって形成されてよい。前記第２ポッティング部２１３は、前記インナーケース２１０と前記中空糸膜２１１の他側とを固定させることができる。
前記ミッドケース２２は、前記カートリッジ２１が結合しているものである。前記ミッドケース２２の内面と前記カートリッジ２１の外面との間に空間が設けられるように、前記カートリッジ２１は前記ミッドケース２２の内部に配置されてよい。前記ミッドケース２２は、流入口２２１と流出口２２２を含むことができる。水分を含有している湿潤気体は、前記流入口２２１から前記ミッドケース２２の内部に流入した後に、前記中空糸膜２１１の外表面と接触してよい。この過程で、湿潤気体に含有されている水分が前記中空糸膜２１１を透過することにより、前記中空糸膜２１１の中空に沿って流れている乾燥気体を加湿することができる。加湿された乾燥気体は、前記中空糸膜２１１から流出された後に前記燃料電池スタックに供給されてよい。乾燥気体を加湿した後の湿潤気体は、前記流出口２２２から前記ミッドケース２２の外部に流出されてよい。前記流入口２２１は前記燃料電池スタックに連結されてよい。この場合、湿潤気体は、前記燃料電池スタックから排出される排ガス（Ｏｆｆ－ｇａｓ）であってよい。
一方、前記カートリッジ２１には、湿潤気体が流入するための流入孔（図示せず）、及び前記中空糸膜２１１の中空に沿って流れている乾燥気体を加湿した後の湿潤気体が流出されるための流出孔（図示せず）が形成されてよい。この場合、湿潤気体は、前記流入口２２１を通じて前記ミッドケース２２の内面と前記カートリッジ２１の外面との間に流入し、前記流入孔を通じて前記カートリッジ２１の内部に流入し、前記中空糸膜２１１の中空に沿って流れている乾燥気体を加湿した後、前記流出孔を通じて前記ミッドケース２２の内面と前記カートリッジ２１の外面との間に流出され、前記流出口２２２から前記ミッドケース２２の外部に流出されてよい。
図２～図６を参照すると、前記第１パッキング部材２３は、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間を密閉させるものである。前記第１パッキング部材２３は、機械的組立によって前記加湿モジュール２の少なくとも一端に気密に結合（Ａｉｒ ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）してよい。これにより、前記第１パッキング部材２３は、前記第１キャップ３が前記中空糸膜２１１のみと流体連通できるようにする。したがって、前記第１パッキング部材２３は、前記燃料電池スタックに供給される乾燥気体と前記ミッドケース２２の内部に供給された湿潤気体とが直接混合されることを防止することができる。前記第１パッキング部材２３は、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間に挿入されてよい。この場合、前記カートリッジ２１は、前記第１パッキング部材２３に形成された第１通過孔２３ａに挿入されてよい。前記第１パッキング部材２３は、前記ミッドケース２２の内壁、前記カートリッジ２１の外壁、及び前記第１ポッティング部２１２にそれぞれ接触してよい。このような接触により、前記第１パッキング部材２３は、前記加湿モジュール２の一端に気密に結合し得る。この場合、前記第１パッキング部材２３は、前記ミッドケース２２の内壁一部、前記カートリッジ２１の外壁一部、及び前記第１ポッティング部２１２の一部にそれぞれ接触してよい。
本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１パッキング部材２３を複数個含むことができる。前記第１パッキング部材２３，２３’はそれぞれ、前記加湿モジュール２の両端に気密に結合してよい。この場合、前記第１パッキング部材２３，２３’は、前記カートリッジ２１の両側に配置されてよい。前記第１パッキング部材２３’は、前記ミッドケース２２の内壁、前記カートリッジ２１の外壁、及び前記第２ポッティング部２１３にそれぞれに接触することにより、前記加湿モジュール２の他端に気密に結合し得る。この場合、前記第１パッキング部材２３’は、前記ミッドケース２２の内壁一部、前記カートリッジ２１の外壁一部、及び前記第２ポッティング部２１３の一部にそれぞれ接触してよい。前記第１パッキング部材２３，２３’は位置のみ互いに異なるだけで、互いに同一の構造で具現されるので、前記加湿モジュール２の一端に配置された第１パッキング部材２３を基準にして説明する。この説明から、前記加湿モジュール２の他端に配置された第１パッキング部材２３’を導出することは、本発明の属する技術の分野における当業者に自明な事項である。
前記第１パッキング部材２３は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記カートリッジ２１に密着されてよい。加湿工程がなされる過程で乾燥気体も湿潤気体も相当な大きさの圧力で流動するので、乾燥気体と湿潤気体はそれぞれ前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１側に圧縮させるのに十分な圧力を有する。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、加湿工程がなされる過程で乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させることができるように具現される。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体と湿潤気体が直接混合されることを防止するための密閉力を追加の構成なしで具現できるので、密閉力を強化させるための費用を下げることができる。前記第１パッキング部材２３は、弾性変形（Ｅｌａｓｔｉｃ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が可能な材質で形成されてよい。例えば、前記第１パッキング部材２３は、ゴム類で形成されてよい。前記第１パッキング部材２３は、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間を密閉するようにリング状に形成されてよい。
前記第１パッキング部材２３は、第１パッキング本体２３０を含むことができる。前記第１パッキング本体２３０は、前記第１パッキング部材２３の全体的な外観をなすものである。前記第１パッキング本体２３０が前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間に挿入されると、前記第１パッキング本体２３０の第１外側面２３０ａは、前記第１キャップ３側に向くように配置されてよい。この場合、前記第１パッキング本体２３０の第１内側面２３０ｂは、前記ミッドケース２２の内部側に向くように配置されてよい。前記第１内側面２３０ｂと前記第１外側面２３０ａは、互いに反対の方向に向くように配置されてよい。
前記第１パッキング部材２３は、第１外側溝２３１、及び第１外側部材２３２を含むことができる。
前記第１外側溝２３１は、乾燥気体を収容するものである。前記第１外側溝２３１は、前記第１外側面２３０ａに形成されてよい。これにより、前記第１外側溝２３１は前記第１キャップ３側に向くように配置されるので、前記第１キャップ３と前記カートリッジ２１との間に位置している乾燥気体を収容することができる。
前記第１外側部材２３２は、前記第１外側溝２３１と前記カートリッジ２１との間で前記カートリッジ２１に接触しているものである。前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって、前記第１外側部材２３２は前記カートリッジ２１側に圧縮され、前記カートリッジ２１に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力を用いて、前記第１パッキング部材２３と前記カートリッジ２１間の密閉力を強化させることができる。前記第１外側部材２３２は、前記第１ポッティング部２１２に密着されてよい。
前記第１パッキング部材２３は、第１外側突起２３３を含むことができる。前記第１外側突起２３３は、前記第１外側溝２３１と前記ミッドケース２２との間で前記ミッドケース２２に接触しているものである。前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって、前記第１外側突起２３３は前記ミッドケース２２側に圧縮され、前記ミッドケース２２に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記ミッドケース２２間の密閉力を強化させることができる。
前記第１パッキング部材２３が前記第１外側部材２３２と前記第１外側突起２３３の両方を含む場合に、前記第１外側溝２３１は、第１軸方向（Ｘ軸方向）を基準にして前記第１外側部材２３２と前記第１外側突起２３３との間に配置されてよい。これにより、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力は、前記第１外側部材２３２と前記第１外側突起２３３との間の間隔を増加させる方向に作動し得る。したがって、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力により、前記第１外側部材２３２が前記カートリッジ２１に密着されるとともに、前記第１外側突起２３３が前記ミッドケース２２に密着され得る。前記第１外側部材２３２、前記第１外側突起２３３、及び前記第１パッキング本体２３０は一体に形成されてもよい。
前記第１パッキング部材２３は、第１内側溝２３４、及び第１内側部材２３５を含むことができる。
前記第１内側溝２３４は湿潤気体を収容するものである。前記第１内側溝２３４は、前記第１内側面２３０ｂに形成されてよい。これにより、前記第１内側溝２３４は前記ミッドケース２２の内部側に向くように配置されるので、前記ミッドケース２２の内部に位置している湿潤気体を収容することができる。この場合、前記ミッドケース２２の内面と前記カートリッジ２１の外面との間に位置している湿潤気体が前記第１内側溝２３４に収容されてよい。
前記第１内側部材２３５は、前記第１内側溝２３４と前記カートリッジ２１との間で前記カートリッジ２１に接触しているものである。前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって、前記第１内側部材２３５は前記カートリッジ２１側に圧縮され、前記カートリッジ２１に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記カートリッジ２１間の密閉力を強化させることができる。前記第１内側部材２３５は、前記インナーケース２１０に密着されてよい。前記第１内側部材２３５は、一部が前記第１ポッティング部２１２に密着されるとともに、一部が前記インナーケース２１０に密着されてよい。
前記第１パッキング部材２３は、第１内側突起２３６を含むことができる。前記第１内側突起２３６は、前記第１内側溝２３４と前記ミッドケース２２との間で前記ミッドケース２２に接触しているものである。前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって、前記第１内側突起２３６は前記ミッドケース２２側に圧縮され、前記ミッドケース２２に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記ミッドケース２２間の密閉力を強化させることができる。
前記第１パッキング部材２３が前記第１内側部材２３５と前記第１内側突起２３６の両方を含む場合に、前記第１内側溝２３４は、前記第１内側部材２３５と前記第１内側突起２３６との間に配置されてよい。これにより、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力は、前記第１内側部材２３５と前記第１内側突起２３６との間の間隔を増加させる方向に作動し得る。したがって、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力を用いて、前記第１内側部材２３５が前記カートリッジ２１に密着されるとともに、前記第１内側突起２３６が前記ミッドケース２２に密着されてよい。前記第１内側部材２３５、前記第１内側突起２３６、及び前記第１パッキング本体２３０は一体に形成されてもよい。
前記第１パッキング部材２３は、延長部材２３７、及び係止部材２３８を含むことができる。
前記延長部材２３７は、前記ミッドケース２２側に延長されているものである。前記延長部材２３７は、前記第１外側突起２３３から前記ミッドケース２２側に延長されていてよい。前記延長部材２３７は、前記ミッドケース２２に支持されてよい。前記延長部材２３７は、前記係止部材２３８と前記第１外側突起２３３とを連結させることができる。前記延長部材２３７、前記係止部材２３８、前記第１外側突起２３３、及び前記第１パッキング本体２３０は一体に形成されてもよい。前記延長部材２３７は、前記第１パッキング本体２３０から前記ミッドケース２２側に延長されていてもよい。
前記延長部材２３７には係合溝２３７ａが形成されてよい。前記係合溝２３７ａは、前記第１外側突起２３３と前記係止部材２３８との間に配置されてよい。前記係合溝２３７ａには前記ミッドケース２２が挿入されてよい。
前記係止部材２３８は前記延長部材２３７に結合しているものである。前記係止部材２３８は、前記係合溝２３７ａに挿入されたミッドケース２２の外側に配置されてよい。この場合、前記係止部材２３８と前記第１外側突起２３３との間に前記ミッドケース２２が配置されてよい。前記係止部材２３８と前記第１パッキング本体２３０との間にも前記ミッドケース２２が配置されてよい。
このように、前記第１パッキング部材２３が前記ミッドケース２２に係合方式で結合するので、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて密閉力を強化させる過程で前記第１パッキング部材２３が前記ミッドケース２２の内部に挿入される深さが制限され得る。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて密閉力を強化させる作業の安定性を向上させることができる。
図７を参照すると、前記第１パッキング部材２３は第１補強部材２３９を含むことができる。前記第１補強部材２３９は、前記第１パッキング本体２３０の内部に配置されてよい。前記第１補強部材２３９は、前記第１パッキング本体２３０に比べてより大きい剛性を有する材質で形成されてよい。例えば、前記第１補強部材２３９は、金属、プラスチックなどで形成されてよい。前記第１補強部材２３９は、インサート成形によって前記第１パッキング本体２３０の内部に配置されるように具現されてよい。
図５～図７に示すように、前記第１パッキング部材２３は、前記第１外側溝２３１、前記第１外側部材２３２、前記第１外側突起２３３、前記第１内側溝２３４、前記第１内側部材２３５、及び前記第１内側突起２３６を全て含むように具現されてよい。図８に示すように、前記第１パッキング部材２３は、前記第１外側溝２３１、前記第１外側部材２３２、及び前記第１外側突起２３３のみを含むように具現されてもよい。図９に示すように、前記第１パッキング部材２３は、前記第１内側溝２３４、前記第１内側部材２３５、及び前記第１内側突起２３６のみを含むように具現されてもよい。
図２～図９を参照すると、前記第１キャップ３は、前記加湿モジュール２の一端に結合しているものである。前記第１キャップ３と前記カートリッジ２１との間の空間は、前記第１パッキング部材２３により、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間の空間に対して密閉されてよい。
前記第１キャップ３は、第１圧迫部材３１を含むことができる。前記第１キャップ３が前記加湿モジュール２の一端に結合すると、前記第１圧迫部材３１は前記延長部材２３７を前記ミッドケース２２側に圧迫することができる。これにより、前記第１圧迫部材３１は、前記第１パッキング部材２３が前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間を密閉させた状態で保持されるための固定力をより強化させることができる。
図２～図４を参照すると、前記第２キャップ４は、前記加湿モジュール２の他端に結合しているものである。前記第２キャップ４と前記カートリッジ２１との間の空間は、前記第１パッキング部材２３’により、前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間の空間に対して密閉されてよい。前記第１パッキング部材２３’は、詳述した前記第１パッキング部材２３と略一致するので、それに関する具体的な説明は省略する。
図１０～図１３を参照すると、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記ミッドケース２２に前記カートリッジ２１が複数個結合するように具現されてもよい。この場合、前記ミッドケース２２には、前記カートリッジ２１，２１’の間に配置された隔壁部材（図示せず）を含むことができる。前記カートリッジ２１，２１’は、前記隔壁部材を挟んで配置され、個別に着脱可能に前記ミッドケース２２に結合してよい。一方、図１１～図１３に示すカートリッジ２１，２１’はそれぞれ、複数個の中空糸膜とインナーケースを含むものであるが、中空糸膜とインナーケースを省き、第１ポッティング部のみを図示している。
前記ミッドケース２２に前記カートリッジ２１が複数個結合するように具現された場合、前記加湿モジュール２は第２パッキング部材２４を含むことができる。
前記第２パッキング部材２４は、前記カートリッジ２１，２１’の間に配置され、前記カートリッジ２１，２１’の間を密閉させるものである。前記第２パッキング部材２４は、前記カートリッジ２１，２１’の間を通じて乾燥気体と湿潤気体とが直接混合されることを防止することができる。本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第２パッキング部材２４を複数個含むことができる。前記第２パッキング部材２４，２４’はそれぞれ、前記カートリッジ２１，２１’の両側に配置されてよい。前記第２パッキング部材２４，２４’は位置のみ異なるだけで、互いに同一の構造で具現されるので、前記カートリッジ２１，２１’の一側に配置された第２パッキング部材２４を基準にして説明する。この説明から、前記カートリッジ２１，２１’の他側に配置された第２パッキング部材２４’を導出することは、本発明の属する技術の分野における当業者に自明な事項である。
前記第２パッキング部材２４は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記カートリッジ２１，２１’に密着されてよい。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記カートリッジ２１，２１’の間を通じて乾燥気体と湿潤気体とが直接混合されることを防止するための密閉力を追加の構成なしで具現できるので、密閉力を強化させるための費用を下げることができる。前記第２パッキング部材２４は、弾性変形（Ｅｌａｓｔｉｃ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が可能な材質で形成されてよい。例えば、前記第２パッキング部材２４は、ゴム類で形成されてよい。
前記第２パッキング部材２４は、第２パッキング本体２４０を含むことができる。前記第２パッキング本体２４０は、前記第２パッキング部材２４の全体的な外観をなすものである。前記第２パッキング本体２４０が前記カートリッジ２１，２１’の間に挿入されると、前記第２パッキング本体２４０の第２外側面２４０ａは、前記第１キャップ３側に向くように配置されてよい。この場合、前記第２パッキング本体２４０の第２内側面２４０ｂは、前記ミッドケース２２の内部側に向くように配置されてよい。前記ミッドケース２２の内部に隔壁部材が具備された場合に、前記第２内側面２４０ｂは前記隔壁部材側に向くように配置されてよい。前記第２内側面２４０ｂと前記第２外側面２４０ａは互いに反対の方向に向くように配置されてよい。
前記第２パッキング部材２４は、第２外側溝２４１、及び複数の第２外側部材２４２，２４２’を含むことができる。
前記第２外側溝２４１は乾燥気体を収容するものである。前記第２外側溝２４１は前記第２外側面２４０ａに形成されてよい。これにより、前記第２外側溝２４１は前記第１キャップ３側に向くように配置されるので、前記第１キャップ３と前記カートリッジ２１との間に位置している乾燥気体を収容することができる。
前記第２外側部材２４２，２４２’は、前記第２外側溝２４１と前記カートリッジ２１，２１’との間で前記カートリッジ２１，２１’に接触しているものである。前記第２外側溝２４１に収容された乾燥気体の圧力によって、前記第２外側部材２４２，２４２’は前記カートリッジ２１，２１’側に圧縮され、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれに密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第２外側溝２４１に収容された乾燥気体の圧力を用いて前記第２パッキング部材２４と前記カートリッジ２１，２１’間の密閉力を強化させることができる。前記第２外側部材２４２，２４２’は、前記第１ポッティング部２１２に密着されてよい。前記第２外側溝２４１は、前記第２外側部材２４２，２４２’の間に配置されてよい。これにより、前記第２外側溝２４１に収容された乾燥気体の圧力は、前記第２外側部材２４２，２４２’との間の間隔を増加させる方向に作用し得る。前記第２外側部材２４２，２４２’、及び前記第２パッキング本体２４０は一体に形成されてもよい。
前記第２パッキング部材２４は、第２内側溝２４３、及び第２内側部材２４４，２４４’を含むことができる。
前記第２内側溝２４３は湿潤気体を収容するものである。前記第２内側溝２４３は前記第２内側面２４０ｂに形成されてよい。これにより、前記第２内側溝２４３は前記ミッドケース２２の内部側に向くように配置されるので、前記ミッドケース２２の内部に位置している湿潤気体を収容することができる。この場合、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれの外面の間に位置している湿潤気体が前記第２内側溝２４３に収容されてよい。
前記第２内側部材２４４，２４４’は、前記第２内側溝２４３と前記カートリッジ２１，２１’との間で前記カートリッジ２１，２１’に接触しているものである。前記第２内側溝２４３に収容された湿潤気体の圧力によって、前記第２内側部材２４４，２４４’は前記カートリッジ２１，２１’側に圧縮され、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれに密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第２内側溝２４３に収容された湿潤気体の圧力を用いて、前記第２パッキング部材２４と前記カートリッジ２１，２１’間の密閉力を強化させることができる。前記第２内側部材２４４，２４４’は、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれが有するインナーケース２１０に密着されてよい。前記第２内側部材２４４，２４４’は、一部が前記カートリッジ２１，２１’の第１ポッティング部２１２，２１２’に密着されるとともに、一部が前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれが有するインナーケース２１０に密着されてよい。前記第２内側溝２４３は前記第２内側部材２４４，２４４’の間に配置されてよい。これにより、前記第２内側溝２４３に収容された湿潤気体の圧力は、前記第２内側部材２４４，２４４’間の間隔を増加させる方向に作用し得る。前記第２内側部材２４４，２４４’及び前記第２パッキング本体２４０は一体に形成されてもよい。
ここで、前記第２パッキング部材２４と前記第１パッキング部材２３は一体に形成されてもよい。これにより、一度の挿入作業によって前記第２パッキング部材２４と前記第１パッキング部材２３を設置することができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記ミッドケース２２に前記カートリッジ２１が複数個結合している場合にも、前記ミッドケース２２と前記カートリッジ２１との間、及び前記カートリッジ２１同士間を密閉させる作業の容易性を向上させることができる。
図１３を参照すると、前記第２パッキング部材２４は第２補強部材２４５を含むことができる。前記第２補強部材２４５は、前記第２パッキング本体２４０の内部に配置されてよい。前記第２補強部材２４５は、前記第２パッキング本体２４０に比べてより大きい剛性を有する材質で形成されてよい。例えば、前記第２補強部材２４５は、金属、プラスチックなどで形成されてよい。前記第２補強部材２４５は、インサート成形によって前記第２パッキング本体２４０の内部に配置されるように具現されてよい。
図１１～図１３に示すように、前記第２パッキング部材２４は、前記第２外側溝２４１、前記第２外側部材２４２，２４２’、前記第２内側溝２４３、及び前記第２内側部材２４４，２４４’を全て含むように具現されてよい。図示していないが、前記第２パッキング部材２４は、前記第２外側溝２４１及び前記第２外側部材２４２，２４２’のみを含むように具現されてもよい。図示していないが、前記第２パッキング部材２４は、前記第２内側溝２４３及び前記第２内側部材２４４，２４４’のみを含むように具現されてもよい。
図１０～図１３には、前記ミッドケース２２に２個のカートリッジ２１が結合しているとしているが、これに限定されず、図１４に示すように、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記ミッドケース２２に３個のカートリッジ２１，２１’，２１”が結合するように具現されてもよい。この場合、前記加湿モジュール２の一側に２個の第２パッキング部材２４が備えられるとともに、前記加湿モジュール２の他側に２個の第２パッキング部材２４’が備えられてよい。図示してはいないが、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記ミッドケース２２に４個以上のカートリッジ２１が結合するように具現されてもよい。この場合、前記ミッドケース２２に結合しているカートリッジ２１の個数が増加する分だけ、前記第２パッキング部材２４，２４’の個数が増加してよい。
図１５及び図１６を参照すると、前記加湿モジュール２は、第１弾性部材２５を含むことができる。この場合、前記第１パッキング部材２３は、前記第１弾性部材２５が有する弾性力によって前記カートリッジ２１に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１弾性部材２５を用いて、乾燥気体と湿潤気体とが直接混合されることを防止するための密閉力を強化させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体を加湿する加湿工程に対する安定性を向上させることができる。
前記第１弾性部材２５は、前記第１パッキング部材２３に結合しているものである。前記第１弾性部材２５は、弾性力を用いて前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させることができる。前記第１弾性部材２５は、弾性力を有するバネ（Ｓｐｒｉｎｇ）によって具現されてよい。前記第１弾性部材２５はリング状に形成されてよい。
前記第１弾性部材２５は、前記第１外側溝２３１に挿入されてよい。この場合、前記第１弾性部材２５は、弾性力を用いて前記第１外側部材２３２を前記カートリッジ２１側に圧縮させることにより、前記第１外側部材２３２を前記カートリッジ２１に密着させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１弾性部材２５の弾性力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記カートリッジ２１間の密閉力を強化させることができる。この場合、前記第１外側部材２３２は、前記第１弾性部材２５の弾性力によって前記カートリッジ２１側に圧縮されることによって前記カートリッジ２１に密着されてよい。前記第１外側部材２３２は前記第１ポッティング部２１２に密着されてよい。
前記第１パッキング部材２３が前記第１外側溝２３１と前記第１外側部材２３２を含む場合に、前記第１パッキング部材２３は、乾燥気体の圧力を用いて前記カートリッジ２１に密着されてよい。加湿工程がなされる過程で乾燥気体も湿潤気体も相当な大きさの圧力で流動するので、乾燥気体は前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１側に圧縮させるのに十分な圧力を有する。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１弾性部材２５の弾性力を用いるに加え、加湿工程がなされる過程で乾燥気体の圧力を用いて、前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１にさらに強く密着させることができるように具現される。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体と湿潤気体とが直接混合されることを防止するための密閉力をさらに強化させることができる。また、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、乾燥気体の圧力を利用するので、追加の構成なしで密閉力をより強化させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、密閉力をより強化させるための費用を下げることができる。
このように前記第１弾性部材２５の弾性力と乾燥気体の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させる場合に、前記第１外側溝２３１は、前記第１キャップ３と前記カートリッジ２１との間に位置している乾燥気体を収容することができる。前記第１外側部材２３２は、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ２１側に圧縮され、前記カートリッジ２１に密着されてよい。
前記第１弾性部材２５は、図１６に示すように、前記第１パッキング本体２３０の内部に配置されてもよい。この場合、前記第１弾性部材２５は弾性力を用いて前記第１パッキング本体２３０を前記カートリッジ２１側に圧縮させることにより、前記第１パッキング本体２３０を前記カートリッジ２１に密着させることができる。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力を用いて前記第１外側部材２３２を前記カートリッジ２１に密着させるとともに、前記第１弾性部材２５の弾性力を用いて前記第１パッキング本体２３０を前記カートリッジ２１に密着させることができるように具現される。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１パッキング部材２３の異なる部分を前記カートリッジ２１に密着させることができるので、二重構造で密閉力を強化させることができる。前記第１弾性部材２５は、インサート成形によって前記第１パッキング本体２３０の内部に配置されるように具現されてよい。
図１７を参照すると、前記第１弾性部材２５は前記第１内側面２３０ｂ側に配置され、前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させることもできる。前記第１弾性部材２５は、前記第１内側部材２３５に接触するように前記第１内側溝２３４に挿入されてよい。これにより、前記第１弾性部材２５は弾性力を用いて前記第１内側部材２３５を前記カートリッジ２１に密着させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１弾性部材２５の弾性力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記カートリッジ２１間の密閉力を強化させることができる。この場合、前記第１内側部材２３５は前記第１弾性部材２５の弾性力によって前記カートリッジ２１側に圧縮されることにより、前記カートリッジ２１に密着されてよい。前記第１内側部材２３５は、前記インナーケース２１０に密着されてよい。前記第１内側部材２３５は、一部が前記第１ポッティング部２１２に密着されるとともに、一部が前記インナーケース２１０に密着されてよい。
前記第１パッキング部材２３が前記第１内側溝２３４と前記第１内側部材２３５を含む場合に、前記第１パッキング部材２３は湿潤気体の圧力を用いて前記カートリッジ２１に密着されてよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１弾性部材２５の弾性力を用いるに加え、加湿工程がなされる過程で湿潤気体の圧力を用いて、前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１にさらに強く密着させることができるように具現される。
このように前記第１弾性部材２５の弾性力と湿潤気体の圧力を用いて前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させる場合に、前記第１内側溝２３４は、前記第１キャップ３と前記カートリッジ２１との間に位置している湿潤気体を収容することができる。前記第１内側部材２３５は、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記カートリッジ２１側に圧縮され、前記カートリッジ２１に密着されてよい。
図示していないが、前記第１パッキング部材２３は、前記第１外側溝２３１に配置された第１弾性部材２５の弾性力によって前記第１外側部材２３２が前記カートリッジ２１に密着されるとともに、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記第１内側部材２３５が前記カートリッジ２１に密着されるように具現されてもよい。この場合、前記第１外側部材２３２は、前記第１弾性部材２５の弾性力と前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ２１に密着されてよい。
図示していないが、前記第１パッキング部材２３は、前記第１内側溝２３４に配置された第１弾性部材２５の弾性力によって前記第１内側部材２３５が前記カートリッジ２１に密着されるとともに、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって前記第１外側部材２３２が前記カートリッジ２１に密着されるように具現されてもよい。この場合、前記第１内側部材２３５は、前記第１弾性部材２５の弾性力と前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記カートリッジ２１に密着されてよい。
図示していないが、前記第１パッキング部材２３は、前記第１パッキング本体２３０の内部に配置された第１弾性部材２５の弾性力によって前記第１パッキング本体２３０が前記カートリッジ２１に密着されるとともに、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記第１内側部材２３５が前記カートリッジ２１に密着されるように具現されてもよい。
図示していないが、前記第１パッキング部材２３は、前記第１パッキング本体２３０の内部に配置された第１弾性部材２５の弾性力によって前記第１パッキング本体２３０が前記カートリッジ２１に密着され、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって前記第１外側部材２３２が前記カートリッジ２１に密着され、前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記第１内側部材２３５が前記カートリッジ２１に密着されるように具現されてもよい。
図１８を参照すると、前記加湿モジュール２は第２弾性部材２６を含むことができる。
前記第２弾性部材２６は、前記第１パッキング部材２３に結合しているものである。前記第２弾性部材２６は、弾性力を用いて前記第１パッキング部材２３を前記カートリッジ２１に密着させることができる。前記第２弾性部材２６は、弾性力を有するバネ（Ｓｐｒｉｎｇ）によって具現されてよい。前記第２弾性部材２６はリング状に形成されてよい。
前記第２弾性部材２６は前記第１内側溝２３４に挿入されてよい。この場合、前記第２弾性部材２６は、弾性力を用いて前記第１内側部材２３５を前記カートリッジ２１側に圧縮させることにより、前記第１内側部材２３５を前記カートリッジ２１に密着させることができる。この場合、前記第１弾性部材２５は前記第１外側溝２３１に配置された状態で弾性力を用いて前記第１外側部材２３２を前記カートリッジ２１に密着させることができる。
したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第２弾性部材２６の弾性力と前記第１弾性部材２５の弾性力を用いて前記第１内側部材２３５と前記第１外側部材２３２を前記カートリッジ２１に密着させることができる。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１パッキング部材２３の異なる部分を前記カートリッジ２１に密着させることができるので、二重構造で密閉力を強化させることができる。この場合、前記第１内側部材２３５は、前記第２弾性部材２６の弾性力と前記第１内側溝２３４に収容された湿潤気体の圧力によって前記カートリッジ２１にさらに強く密着され得る。前記第１外側部材２３２は、前記第１弾性部材２５の弾性力と前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ２１にさらに強く密着され得る。
図示していないが、前記第２弾性部材２６と前記第１弾性部材２５のいずれか一つの弾性部材は、前記第１パッキング本体２３０の内部に配置され、他の弾性部材は、前記第１内側溝２３４と前記第１外側溝２３１のいずれか一方に配置されてもよい。
図１０及び図１９を参照すると、前記加湿モジュール２は、前記第１弾性部材２５を複数個含んでもよい。前記第１弾性部材２５，２５’はそれぞれ前記第１外側溝２３１と前記第２外側溝２４１に挿入され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’に密着させることができる。前記第１弾性部材２５，２５’は、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれを取り囲む形態で配置され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’側に弾性的に加圧してよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１外側溝２３１と前記第２外側溝２４１のそれぞれに収容された乾燥気体の圧力及び前記第１弾性部材２５，２５’の弾性力を用いて、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’に密着させることができるように具現される。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、二重構造で密閉力を強化させることができる。
前記加湿モジュール２は、前記第１弾性部材２５，２５’を含み、且つ、さらに前記第２弾性部材２６を複数個含んでもよい。前記第２弾性部材２６，２６’はそれぞれ前記第１内側溝２３４と前記第２内側溝２４３に挿入され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’に密着させることができる。前記第２弾性部材２６，２６’は前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれを取り囲む形態で配置され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’側に弾性的に加圧してよい。これにより、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、前記第１内側溝２３４と前記第２内側溝２４３のそれぞれに収容された乾燥気体の圧力及び前記第２弾性部材２６，２６’の弾性力を用いて前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’に密着させることができるように具現される。したがって、本発明に係る燃料電池用加湿器１は、密閉力をさらに強化させることができる。
図示していないが、前記加湿モジュール２は、前記第１弾性部材２５，２５’のそれぞれが前記第１内側溝２３４と前記第２内側溝２４３に挿入され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’に密着させるように具現されてもよい。前記第１弾性部材２５，２５’は、前記カートリッジ２１，２１’のそれぞれを取り囲む形態で前記第１内側溝２３４と前記第２内側溝２４３に挿入され、前記第１パッキング部材２３と前記第２パッキング部材２４を前記カートリッジ２１，２１’側に弾性的に加圧してよい。
図２、図２０及び図２１を参照すると、前記カートリッジ２１は第１サポート２１４を含むことができる。前記第１サポート２１４を用いて、前記第１パッキング部材２３は締まりばめ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｔ）による圧縮によって前記カートリッジ２１に密着されるように具現されてよい。
前記第１サポート２１４は、前記第１ポッティング部２１２に結合してよい。前記第１サポート２１４は、前記第１ポッティング部２１２の周りを取り囲むように配置されてよい。これにより、前記第１ポッティング部２１２は前記第１サポート２１４の内側に配置されてよい。前記第１サポート２１４はリング状に形成されてよい。前記第１サポート２１４は、前記第１ポッティング部２１２の外側から突出して配置されてよい。これにより、前記第１パッキング部材２３が前記ミッドケース２２と前記カートリッジ２１との間に挿入される過程で、前記ミッドケース２２と前記第１サポート２１４との間に配置された前記第１パッキング部材２３の部分は、締まりばめされつつ圧縮され得る。したがって、前記第１パッキング部材２３を用いた密閉力をさらに強化させることができる。
前記第１サポート２１４は、第２軸方向（Ｙ軸方向）への移動が制限されるようにホック（Ｈｏｏｋ）結合によって前記インナーケース２１０に支持されてよい。前記第２軸方向（Ｙ軸方向）は、前記第１軸方向（Ｘ軸方向）に対して垂直の軸方向であり、前記第１キャップ３と前記第２キャップ４が互いに離隔している方向に対して平行な軸方向である。前記第１サポート２１４が前記インナーケース２１０に結合した状態でキャスティング工程によって前記第１ポッティング部２１２が形成されることにより、前記第１サポート２１４は前記第１ポッティング部２１２に結合するように具現されてよい。その後、前記第１パッキング部材２３が前記カートリッジ２１と前記ミッドケース２２との間に挿入されてよい。前記第１サポート２１４は、前記第１パッキング部材２３に比べてより大きい剛性を有する材質で形成されてよい。例えば、前記第１サポート２１４は、金属、プラスチックなどで形成されてよい。
前記第１サポート２１４は、前記第２軸方向（Ｙ軸方向）を基準にして前記第１パッキング部材２３に比べてより短い長さで具現されてよい。例えば、図２０に示すように、前記第１外側部材２３２と前記第１ポッティング部２１２との間には前記第１サポート２１４が存在しなく、前記第１パッキング本体２３０と前記第１ポッティング部２１２との間にのみ前記第１サポート２１４が存在するように具現されてよい。これにより、前記第１外側部材２３２は、前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力によって圧縮され、前記第１ポッティング部２１２に密着され得る。前記第１パッキング本体２３０は、前記ミッドケース２２と前記第１サポート２１４との間に締まりばめされつつ圧縮され、前記第１サポート２１４に密着され得る。
前記第１サポート２１４は、前記第２軸方向（Ｙ軸方向）を基準にして前記第１パッキング部材２３と同じ長さで具現されてもよく、前記第１パッキング部材２３に比べてより長い長さで具現されてもよい。例えば、図２１に示すように、前記第１外側部材２３２と前記第１ポッティング部２１２との間に前記第１サポート２１４が存在するとともに、前記第１パッキング本体２３０と前記第１ポッティング部２１２との間にも前記第１サポート２１４が存在するように具現されてよい。これにより、前記第１外側部材２３２と前記第１パッキング本体２３０は、前記ミッドケース２２と前記第１サポート２１４との間に締まりばめされつつ圧縮され、前記第１サポート２１４に密着され得る。この場合、前記第１外側部材２３２は、前記第１サポート２１４による圧縮と前記第１外側溝２３１に収容された乾燥気体の圧力の両方によって前記カートリッジ２１に密着され得る。
前記第１サポート２１４が前記第１外側部材２３２と前記第１パッキング本体２３０の両方に接触するように具現された場合に、前記第１サポート２１４は、キャスティング工程によって前記第１ポッティング部２１２を形成する過程でポーティングギャップ（Ｐｏｔｔｉｎｇ Ｃａｐ）として使用されてよい。この場合、図２１に点線で示すように、前記第１サポート２１４が前記インナーケース２１０に結合してポーティングギャップとして具現されている状態でキャスティング工程によって前記第１ポッティング部２１２を形成した後に、前記中空糸膜２１１の中空が開放されるように前記第１サポート２１４の一部分ＣＰと前記第１ポッティング部２１２の一部分を切断（Ｃｕｔｔｉｎｇ）する切断工程を経て前記カートリッジ２１として製造されてよい。これにより、別個のポーティングギャップを使用する比較例に比して、前記第１サポート２１４をポーティングギャップとして使用する実施例は、ポーティングギャップを組み立てる工程、ポーティングギャップを除去する工程などを省略してよい。したがって、前記第１サポート２１４をポーティングギャップとして使用する実施例は、製造費用を節減できる他、製造時間の短縮によって生産性も増大させることができる。
前記カートリッジ２１は、第２サポート（図示せず）を含むことができる。前記第２サポートは、前記第２ポッティング部２１３に結合してよい。前記第２サポートと前記第１サポート２１４は位置のみ異なるだけで、互いに同一の構造で具現されるので、前記第１サポート２１４に関する説明から前記第２サポートの構造などを理解することは、本発明の属する技術の分野における当業者に自明な事項である。したがって、前記第２サポートに関する具体的な説明は省略する。
図２及び図２１を参照すると、前記第１キャップ３は、第１圧迫突起３２を含むことができる。前記第１圧迫突起３２は、前記第１圧迫部材３１から突出しているものである。前記第１キャップ３が前記加湿モジュール２の一端に結合すると、前記第１圧迫突起３２は前記延長部材２３７を前記ミッドケース２２側に圧縮させ、前記延長部材２３７を前記ミッドケース２２に密着させることができる。したがって、前記第１圧迫突起３２は、前記第１キャップ３と前記ミッドケース２２間の密閉力をより強化させる他、前記第１パッキング部材２３に対する固定力もさらに強化させることができる。前記第１圧迫突起３２は、前記第１圧迫部材３１から突出するほど大きさが減少するように形成されてよい。前記第１圧迫突起３２はリング状に形成されてよい。
前記第１キャップ３は、第１支持部材３３を含むことができる。前記第１支持部材３３は前記第１外側溝２３１に挿入され、前記第１パッキング本体２３０を支持することができる。これにより、前記第１支持部材３３は前記第１パッキング部材２３の移動を制限し、振動と揺れなどによって前記第１パッキング部材２３が離脱することを防止することができる。前記第１支持部材３３は、前記第１パッキング本体２３０を圧縮させ得る長さで形成されてよい。この場合、前記第１支持部材３３は、前記第１パッキング本体２３０の圧縮によって前記第１外側溝２３１を電池用流体を収容するのに十分な大きさに保持させることができる。また、前記第１支持部材３３は、前記第１パッキング本体２３０の圧縮によって前記第１パッキング部材２３が前記カートリッジ２１に密着される密着力をらに強化させることができる。前記第１支持部材３３はリング状に形成されてよい。
図示していないが、前記第２キャップ４は、第２圧迫部材、第２圧迫突起、及び第２支持部材を含むことができる。前記第２圧迫部材、前記第２圧迫突起、及び前記第２支持部材は、上述した第１圧迫部材３１、前記第１圧迫突起３２、及び前記第１支持部材３３とそれぞれ略一致するように具現されるので、それに関する具体的な説明は省略する。
図２２～図２４を参照すると、前記加湿モジュール２が複数個のカートリッジ２１，２１’を含む場合に、前記カートリッジ２１，２１’は前記第１サポート２１４，２１４’を含むことができる。前記第１サポート２１４，２１４’は、前記カートリッジ２１，２１’の周りを取り囲むように配置されてよい。これにより、前記第２パッキング部材２４が前記カートリッジ２１，２１’の間に挿入される過程で、前記第１サポート２１４，２１４’の間に配置された前記第２パッキング部材２４の部分は締まりばめされつつ圧縮されてよい。したがって、前記第２パッキング部材２４を用いた密閉力がさらに強化し得る。前記第１サポート２１４，２１４’はそれぞれ、前記第２パッキング部材２４に比べてより大きい剛性を有する材質で形成されてよい。例えば、前記第１サポート２１４，２１４’は、金属、プラスチックなどで形成されてよい。
前記第１サポート２１４，２１４’は、前記第２軸方向（Ｙ軸方向）を基準にして、前記第２パッキング部材２４に比べてより短い長さで具現されてよい。例えば、図２２及び図２３に示すように、前記第２外側部材２４２，２４２’と前記第１ポッティング部２１２，２１２’との間には前記第１サポート２１４，２１４’が存在しなく、前記第２パッキング本体２４０と前記第１ポッティング部２１２，２１２’との間にのみ前記第１サポート２１４，２１４’が存在するように具現されてよい。これにより、前記第２外側部材２４２，２４２’は、前記第２外側溝２４１に収容された乾燥気体の圧力によって圧縮され、前記第１ポッティング部２１２，２１２’に密着されてよい。前記第２パッキング本体２４０は、前記第１サポート２１４，２１４’の間に締まりばめされつつ圧縮され、前記第１サポート２１４，２１４’に密着されてよい。
前記第１サポート２１４，２１４’は、前記第２軸方向（Ｙ軸方向）を基準にして前記第２パッキング部材２４と同じ長さで具現されてもよく、前記第２パッキング部材２４に比べてより長い長さで具現されてよい。例えば、図２４に示すように、前記第２外側部材２４２，２４２’と前記第１ポッティング部２１２，２１２’との間に前記第１サポート２１４，２１４’が存在するとともに、前記第２パッキング本体２４０と前記第１ポッティング部２１２，２１２’との間にも前記第１サポート２１４，２１４’が存在するように具現されてよい。これにより、前記第２外側部材２４２，２４２’と前記第２パッキング本体２４０は、前記第１サポート２１４，２１４’の間に締まりばめされつつ圧縮され、前記第１サポート２１４，２１４’に密着され得る。この場合、前記第２外側部材２４２，２４２’は、前記第１サポート２１４，２１４’による圧縮と前記第２外側溝２４１に収容された乾燥気体の圧力の両方を用いて前記カートリッジ２１，２１’に密着され得る。
以上で説明した本発明は、前述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって明らかであろう。
Claims (16)
- 燃料電池スタックから排出された湿潤気体を用いて、外部から供給された乾燥気体を加湿するための加湿モジュール；及び
前記加湿モジュールの一端に結合している第１キャップを含み、
前記加湿モジュールは、ミッドケース；及び、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；を含み、
燃料電池用加湿器は、前記第１キャップが前記中空糸膜のみと流体連通可能なように、機械的組立によって前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合する（Ａｉｒ ｔｉｇｈｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）第１パッキング部材をさらに含み、
前記第１パッキング部材は、乾燥気体と湿潤気体の少なくとも一方の圧力を用いて前記カートリッジに密着され、
前記第１パッキング部材は、前記ミッドケースの内部側に向くように配置された第１内側面、前記ミッドケースの内部に位置している湿潤気体を収容するように前記第１内側面に形成された第１内側溝、及び前記第１内側溝と前記カートリッジとの間で前記カートリッジに接触している第１内側部材を含み、
前記第１内側部材は、前記第１内側溝に収容された湿潤気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮され、前記カートリッジに密着されることを特徴とする、燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材は、前記第１キャップ側に向くように配置された第１外側面、前記第１キャップと前記カートリッジとの間に位置している乾燥気体を収容するように前記第１外側面に形成された第１外側溝、及び前記第１外側溝と前記カートリッジとの間で前記カートリッジに接触している第１外側部材を含み、
前記第１外側部材は、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮され、前記カートリッジに密着されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材は、前記第１外側溝と前記ミッドケースとの間で前記ミッドケースに接触している第１外側突起を含み、
前記第１外側突起は、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記ミッドケース側に圧縮され、前記ミッドケースに密着されることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材は、前記第１内側溝と前記ミッドケースとの間で前記ミッドケースに接触している第１内側突起を含み、
前記第１内側突起は、前記第１内側溝に収容された湿潤気体の圧力によって前記ミッドケース側に圧縮され、前記ミッドケースに密着されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材は、前記ミッドケース側に延長された延長部材、
前記延長部材に形成された係合溝、及び
前記係合溝に挿入されたミッドケースの外側に配置された係止部材を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１キャップは、前記延長部材を前記ミッドケース側に圧迫する第１圧迫部材を含むことを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池用加湿器。
- 前記ミッドケースには前記カートリッジが複数個結合しており、
前記加湿モジュールは、前記カートリッジの間に配置されて前記カートリッジの間を密閉させる第２パッキング部材を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第２パッキング部材は、前記第１キャップ側に向くように配置された第２外側面、前記第２外側面に形成された第２外側溝、及び前記第２外側溝と前記カートリッジとの間で前記カートリッジのそれぞれに接触している複数の第２外側部材を含み、
前記第２外側部材は、前記第２外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮され、前記カートリッジのそれぞれに密着されることを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第２パッキング部材は、前記ミッドケースの内部側に向くように配置された第２内側面、前記第２内側面に形成された第２内側溝、及び前記第２内側溝と前記カートリッジとの間で前記カートリッジのそれぞれに接触している複数の第２内側部材を含み、
前記第２内側部材は、前記第２内側溝に収容された湿潤気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮され、前記カートリッジのそれぞれに密着されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材と前記第２パッキング部材は一体に形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池用加湿器。
- 前記第１パッキング部材は、前記第１キャップと前記カートリッジとの間に位置している乾燥気体を収容する第１外側溝、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮されて前記カートリッジに密着される第１外側部材、前記第１外側溝と前記ミッドケースとの間に配置された第１外側突起、及び前記第１外側突起から前記ミッドケース側に延長された延長部材を含み、
前記第１キャップは、前記延長部材を前記ミッドケース側に圧迫する第１圧迫部材、及び前記第１圧迫部材から突出している第１圧迫突起を含み、
前記第１圧迫突起は、前記延長部材を前記ミッドケース側に圧縮させて前記延長部材を前記ミッドケースに密着させることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１パッキング部材は、前記第１キャップと前記カートリッジとの間に位置している乾燥気体を収容する第１外側溝、及び前記第１外側溝が形成された第１パッキング本体を含み、
前記第１キャップは、前記第１外側溝に挿入されて前記第１パッキング本体を支持する第１支持部材を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記カートリッジは、前記中空糸膜の一側を固定する第１ポッティング部、及び前記第１ポッティング部に結合している第１サポートを含み、
前記第１パッキング部材は、前記第１キャップと前記カートリッジとの間に位置している乾燥気体を収容する第１外側溝、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮されて前記カートリッジに密着される第１外側部材、及び前記第１外側溝が形成された第１パッキング本体を含み、
前記第１パッキング本体は、前記ミッドケースと前記第１サポートとの間に締まりばめ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｔ）されつつ圧縮されて前記第１サポートに密着され、
前記第１外側部材は、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって圧縮されて前記第１ポッティング部に密着されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記カートリッジは、前記中空糸膜の一側を固定する第１ポッティング部、及び前記第１ポッティング部に結合している第１サポートを含み、
前記第１パッキング部材は、前記第１キャップと前記カートリッジとの間に位置している乾燥気体を収容する第１外側溝、前記第１外側溝に収容された乾燥気体の圧力によって前記カートリッジ側に圧縮されて前記カートリッジに密着される第１外側部材、及び前記第１外側溝が形成された第１パッキング本体を含み、
前記第１パッキング本体と前記第１外側部材は、前記ミッドケースと前記第１サポート間に締まりばめされつつ圧縮されて前記第１サポートに密着されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。 - 前記第１サポートは、前記第１パッキング部材に比べてより大きい剛性を有する材質で形成されたことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の燃料電池用加湿器。
- 前記カートリッジは、前記中空糸膜を固定する第１ポッティング部を含み、
前記第１パッキング部材は、前記ミッドケースの内壁、前記カートリッジの外壁、及び前記第１ポッティング部にそれぞれ接触することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用加湿器。
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