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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-06
(54)【発明の名称】ガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04119 20160101AFI20240130BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20240130BHJP
B01D 53/22 20060101ALI20240130BHJP
B01D 63/00 20060101ALI20240130BHJP
B01D 63/02 20060101ALI20240130BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20240130BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04119
H01M8/04 N
B01D53/22
B01D63/00 500
B01D63/02
H01M8/10 101
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023543075
(86)(22)【出願日】2022-01-24
(85)【翻訳文提出日】2023-07-14
(86)【国際出願番号】 KR2022001199
(87)【国際公開番号】W WO2022169152
(87)【国際公開日】2022-08-11
(31)【優先権主張番号】10-2021-0016022
(32)【優先日】2021-02-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518215493
【氏名又は名称】コーロン インダストリーズ インク
(74)【代理人】
【識別番号】100083138
【弁理士】
【氏名又は名称】相田 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100189625
【弁理士】
【氏名又は名称】鄭 元基
(74)【代理人】
【識別番号】100196139
【弁理士】
【氏名又は名称】相田 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100199004
【弁理士】
【氏名又は名称】服部 洋
(72)【発明者】
【氏名】キム ドウ
(72)【発明者】
【氏名】キム キョンジュ
(72)【発明者】
【氏名】アン ナヒョン
(72)【発明者】
【氏名】キム インホ
【テーマコード（参考）】
4D006
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
4D006GA41
4D006HA02
4D006HA19
4D006JA13C
4D006JA23A
4D006JA23C
4D006JA25A
4D006JA25C
4D006JA27A
4D006JA27C
4D006JA29A
4D006JA30A
4D006JB06
4D006MA01
4D006MC29
4D006MC39
4D006MC58
4D006MC62
4D006MC63
4D006PA10
4D006PB17
4D006PB19
4D006PB65
4D006PC80
5H126BB06
5H127AA06
5H127AC02
5H127AC07
5H127AC15
5H127BA02
5H127BB02
5H127BB34
5H127EE17
(57)【要約】
本発明は、向上した生産性で製造されることができ、維持補修費用を画期的に低減できるガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器に関するものであって、
本発明の実施形態に係るガスケット組立体は、
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットとを備える。
【選択図】図6
本発明の実施形態に係るガスケット組立体は、
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットとを備える。
【選択図】図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、
前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットと、
を備えるガスケット組立体。
【請求項2】
前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、
前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材と、
を備える請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項3】
前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成される請求項２に記載のガスケット組立体。
【請求項4】
前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にする請求項２に記載のガスケット組立体。
【請求項5】
前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成される請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項6】
前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備える請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項7】
前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収する請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項8】
前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布される請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項9】
前記エッジ部は、両方向に突出されたエッジウィングを備え、前記エッジウィングは、前記ミッド－ケース端部に形成された溝を満たしながら介在されて、前記ミッド－ケースの内部と外部、そして、前記ミッド－ケースと前記キャップとを封止する請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項10】
前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備える請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項11】
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、
前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジと、
前記キャップが前記中空糸膜とのみ流体連通できるように、機械的組立を介して前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合されたガスケット組立体と、
を備え、
前記ガスケット組立体は、
前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、
前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットと、
を備える燃料電池膜加湿器。
【請求項12】
前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、
前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材と、
を備える請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項13】
前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成される請求項１２に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項14】
前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にする請求項１２に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項15】
前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成される請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項16】
前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備える請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項17】
前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収する請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項18】
前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布される請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項19】
前記エッジ部は、両方向に突出されたエッジウィングを備え、前記エッジウィングは、前記ミッド－ケース端部に形成された溝を満たしながら介在されて、前記ミッド－ケースの内部と外部、そして、前記ミッド－ケースと前記キャップとを封止する請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項20】
前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備える請求項１１に記載の燃料電池膜加湿器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器に関し、より具体的には、向上した生産性で製造されることができ、維持補修費用を画期的に低減でき、燃料電池の繰り返し的運転によって発生する振動などの外乱を減少させて加湿効率を向上させることができるガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器に関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池とは、水素と酸素を結合させて電気を生産する発電型電池である。燃料電池は、乾電池や蓄電池など、一般化学電池とは異なり、水素と酸素が供給される限り、電気を生産し続けることができ、熱損失がないので、内燃機関より効率が２倍くらい高いという長所がある。
また、水素と酸素の結合により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、公害物質排出が少ない。したがって、燃料電池は、環境親和的であり、かつ、エネルギー消費増加による資源枯渇に対する心配を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、大別して、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、及びアルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＡＦＣ）などに分類することができる。
また、水素と酸素の結合により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、公害物質排出が少ない。したがって、燃料電池は、環境親和的であり、かつ、エネルギー消費増加による資源枯渇に対する心配を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、大別して、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、及びアルカリ型燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＡＦＣ）などに分類することができる。
【0003】
これらのそれぞれの燃料電池は、元々同じ原理により作動するが、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。この中で、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池に比べて低温で動作するという点、及び出力密度が大きくて、小型化が可能であるので、小規模据え置き型発電装備だけでなく、輸送システムで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にあたり、最も重要な要因のうち１つは、膜－電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）の高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ＭｅｍｂｒａｎｅまたはＰｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）に一定量以上の水分を供給することによって含水率を維持させることである。高分子電解質膜が乾燥されれば、発電効率が急激に低下するためである。
高分子電解質膜を加湿する方法では、１）内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（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、ソレノイドバルブを介してガス流動管に直接水分を供給する直接噴射（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式、及び３）高分子分離膜を利用し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。
高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）の性能を向上させるにあたり、最も重要な要因のうち１つは、膜－電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）の高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ＭｅｍｂｒａｎｅまたはＰｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）に一定量以上の水分を供給することによって含水率を維持させることである。高分子電解質膜が乾燥されれば、発電効率が急激に低下するためである。
高分子電解質膜を加湿する方法では、１）内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（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、ソレノイドバルブを介してガス流動管に直接水分を供給する直接噴射（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式、及び３）高分子分離膜を利用し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。
【0004】
これらの中でも、排ガス中に含まれる水蒸気のみを選択的に透過させる膜を利用して、水蒸気を高分子電解質膜に供給される空気に提供することによって高分子電解質膜を加湿する膜加湿方式が膜加湿器を軽量化及び小型化できるという点で有利である。
膜加湿方式に使用される選択的透過膜は、モジュールを形成する場合、単位体積当り透過面積が大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を利用して膜加湿器を製造する場合、接触表面積が広い中空糸膜の高集積化が可能であって、小容量でも燃料電池の加湿が十分になされることができ、低価素材の使用が可能であり、燃料電池において高温で排出される排ガス（ｏｆｆ－ｇａｓ）に含まれた水分と熱を回収し、膜加湿器を介して再使用できるという利点を有する。
図１は、従来技術に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。図１に示されたように、従来技術の燃料電池膜加湿器１０は、外部から供給される空気と燃料電池スタック（図示せず）から排出される排ガスとの間の水分交換が起こる加湿モジュール１１及び加湿モジュール１１の両端に結合されたキャップ１２を備える。
膜加湿方式に使用される選択的透過膜は、モジュールを形成する場合、単位体積当り透過面積が大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を利用して膜加湿器を製造する場合、接触表面積が広い中空糸膜の高集積化が可能であって、小容量でも燃料電池の加湿が十分になされることができ、低価素材の使用が可能であり、燃料電池において高温で排出される排ガス（ｏｆｆ－ｇａｓ）に含まれた水分と熱を回収し、膜加湿器を介して再使用できるという利点を有する。
図１は、従来技術に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。図１に示されたように、従来技術の燃料電池膜加湿器１０は、外部から供給される空気と燃料電池スタック（図示せず）から排出される排ガスとの間の水分交換が起こる加湿モジュール１１及び加湿モジュール１１の両端に結合されたキャップ１２を備える。
【0005】
キャップ１２のうち１つは、外部から供給される空気を加湿モジュール１１に供給し、他の１つは、加湿モジュール１１により加湿された空気を燃料電池スタックに供給する。
加湿モジュール１１は、排ガス流入口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｉｎｌｅｔ）１１ａａと排ガス排出口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｏｕｔｌｅｔ）１１ａｂとを有するミッド－ケース（ｍｉｄ－ｃａｓｅ）１１ａ、及びミッド－ケース１１ａ内の複数の中空糸膜１１ｂを備える。中空糸膜１１ｂの束の両末端は、ポッティング部１１ｃに固定される。ポッティング部１１ｃは、一般的にキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）方式によって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り形成される。
外部から供給される空気は、中空糸膜１１ｂの中空に沿って流れる。排ガス流入口１１ａａを介してミッド－ケース１１ａ内に流入した排ガスは、中空糸膜１１ｂの外表面と接触した後、排ガス排出口１１ａｂを介してミッド－ケース１１ａから排出される。排ガスが中空糸膜１１ｂの外表面と接触するとき、排ガス内に含有されていた水分が中空糸膜１１ｂを透過することによって中空糸膜１１ｂの中空に沿って流れていた空気を加湿する。
キャップ１２の内部空間は、中空糸膜１１ｂの中空とのみ流体連通し、ミッド－ケース１１ａの内部空間とは完全に遮断されていなければならない。それとも、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
加湿モジュール１１は、排ガス流入口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｉｎｌｅｔ）１１ａａと排ガス排出口（ｏｆｆ－ｇａｓ ｏｕｔｌｅｔ）１１ａｂとを有するミッド－ケース（ｍｉｄ－ｃａｓｅ）１１ａ、及びミッド－ケース１１ａ内の複数の中空糸膜１１ｂを備える。中空糸膜１１ｂの束の両末端は、ポッティング部１１ｃに固定される。ポッティング部１１ｃは、一般的にキャスティング（ｃａｓｔｉｎｇ）方式によって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り形成される。
外部から供給される空気は、中空糸膜１１ｂの中空に沿って流れる。排ガス流入口１１ａａを介してミッド－ケース１１ａ内に流入した排ガスは、中空糸膜１１ｂの外表面と接触した後、排ガス排出口１１ａｂを介してミッド－ケース１１ａから排出される。排ガスが中空糸膜１１ｂの外表面と接触するとき、排ガス内に含有されていた水分が中空糸膜１１ｂを透過することによって中空糸膜１１ｂの中空に沿って流れていた空気を加湿する。
キャップ１２の内部空間は、中空糸膜１１ｂの中空とのみ流体連通し、ミッド－ケース１１ａの内部空間とは完全に遮断されていなければならない。それとも、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
【0006】
一般に、図１に示されたように、複数の中空糸膜１１ｂの末端が固定されているポッティング部１１ｃ及びポッティング部１１ｃとミッド－ケース１１ａとの間の樹脂層１１ｄがキャップ１２の内部空間とミッド－ケース１１ａの内部空間とを遮断する。ポッティング部１１ｃと同様に、樹脂層１１ｄは、一般的にキャスティング方式によって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り形成される。
しかし、樹脂層１１ｄ形成のためのキャスティング工程は、相対的に多くの工程時間を要求するため、膜加湿器１０の生産性を低下させる。
また、樹脂層１１ｄがポッティング部１１ｃはもちろん、ミッド－ケース１１ａの内壁にも接着されているため、中空糸膜１１ｂに問題が発生する場合、加湿モジュール１１全体を交替しなければならず、莫大な維持補修費用が誘発される。
さらに、燃料電池の繰り返し的運転は、樹脂層１１ｄとミッド－ケース１１ａとの間にギャップ（ｇａｐ）を引き起こす蓋然性が高い。すなわち、燃料電池の運転及び停止が繰り返されることで、樹脂層１１ｄの膨脹及び収縮が交互に発生しつつ、ミッド－ケース１１ａと樹脂層１１ｄとの熱膨張係数差のため、樹脂層１１ｄがミッド－ケース１１ａから離れるようになる蓋然性が高い。前述したように、樹脂層１１ｄとミッド－ケース１１ａとの間にギャップが引き起こされれば、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
しかし、樹脂層１１ｄ形成のためのキャスティング工程は、相対的に多くの工程時間を要求するため、膜加湿器１０の生産性を低下させる。
また、樹脂層１１ｄがポッティング部１１ｃはもちろん、ミッド－ケース１１ａの内壁にも接着されているため、中空糸膜１１ｂに問題が発生する場合、加湿モジュール１１全体を交替しなければならず、莫大な維持補修費用が誘発される。
さらに、燃料電池の繰り返し的運転は、樹脂層１１ｄとミッド－ケース１１ａとの間にギャップ（ｇａｐ）を引き起こす蓋然性が高い。すなわち、燃料電池の運転及び停止が繰り返されることで、樹脂層１１ｄの膨脹及び収縮が交互に発生しつつ、ミッド－ケース１１ａと樹脂層１１ｄとの熱膨張係数差のため、樹脂層１１ｄがミッド－ケース１１ａから離れるようになる蓋然性が高い。前述したように、樹脂層１１ｄとミッド－ケース１１ａとの間にギャップが引き起こされれば、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記のような関連技術の制限及び短所に起因した問題点を防止でき、向上した生産性で製造されることができ、維持補修費用を画期的に低減でき、燃料電池の繰り返し的運転によって発生する振動などの外乱を減少させて加湿効率を向上させることができるガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態に係るガスケット組立体は、
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットとを備える。
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットとを備える。
【0009】
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材とを備えることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成されることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にすることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成されることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にすることができる。
【0010】
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成されることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備えることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収できる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布され得る。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備えることができる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収できる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布され得る。
【0011】
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記エッジ部は、両方向に突出されたエッジウィングを備え、前記エッジウィングは、前記ミッド－ケース端部に形成された溝を満たしながら介在されて、前記ミッド－ケースの内部と外部、そして、前記ミッド－ケースと前記キャップとを封止できる。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備えることができる。
また、本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器は、ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジと、前記キャップが前記中空糸膜とのみ流体連通できるように、機械的組立を介して前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合されたガスケット組立体とを備える。前記ガスケット組立体は、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部と、を備えるガスケットとを備える。
本発明の実施形態に係るガスケット組立体において、前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備えることができる。
また、本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器は、ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジと、前記キャップが前記中空糸膜とのみ流体連通できるように、機械的組立を介して前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合されたガスケット組立体とを備える。前記ガスケット組立体は、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部と、を備えるガスケットとを備える。
【0012】
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材とを備えることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成されることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にすることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成されることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備えることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成されることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にすることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成されることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備えることができる。
【0013】
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収できる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布され得る。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記エッジ部は、両方向に突出されたエッジウィングを備え、前記エッジウィングは、前記ミッド－ケース端部に形成された溝を満たしながら介在されて、前記ミッド－ケースの内部と外部、そして、前記ミッド－ケースと前記キャップとを封止できる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備えることができる。
その他、本発明の様々な側面による実現例等の具体的な事項は、以下の詳細な説明に含まれている。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記カートリッジ端部と結合され得るように、前記サブケースの内周面には接着剤が塗布され得る。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記エッジ部は、両方向に突出されたエッジウィングを備え、前記エッジウィングは、前記ミッド－ケース端部に形成された溝を満たしながら介在されて、前記ミッド－ケースの内部と外部、そして、前記ミッド－ケースと前記キャップとを封止できる。
本発明の実施形態に係る燃料電池膜加湿器において、前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備えることができる。
その他、本発明の様々な側面による実現例等の具体的な事項は、以下の詳細な説明に含まれている。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ガスケット組立体の機械的組立を介してミッド－ケースとキャップとの間の空気漏れを防止するので、従来技術のキャスティング工程（すなわち、液状ポリマーを鋳型に注入し、硬化する工程）及び追加的シーリング工程（すなわち、シーラントを塗布し、硬化させる工程）などを省略することができる。したがって、本発明によれば、ミッド－ケースとキャップとの間の空気漏れを防止しながらも、燃料電池膜加湿器の生産工程時間を短縮させることにより、その生産性を画期的に向上させることができる。
また、ミッド－ケースとキャップとの間の空気漏れ防止のための本発明のガスケット組立体は、機械的組立を介して加湿モジュールに装着されるので、加湿モジュールの特定部分に異常が発生する場合、ガスケット組立体を機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理または交替することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池膜加湿器の維持補修費用を相当に低減することができる。
また、サブケースにより突出部材が直接ポッティング部と接触することが防止されるので、ガスケット組立体の圧縮力により突出部材がポッティング部を変形毀損することを防止できる。
また、燃料電池の繰り返し的運転によって発生する振動などの外乱を減少させてミッド－ケースとキャップとの間の圧力差による空気漏れを防止して、燃料電池の発展効率を向上させることができる。
また、ミッド－ケースとキャップとの間の空気漏れ防止のための本発明のガスケット組立体は、機械的組立を介して加湿モジュールに装着されるので、加湿モジュールの特定部分に異常が発生する場合、ガスケット組立体を機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理または交替することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池膜加湿器の維持補修費用を相当に低減することができる。
また、サブケースにより突出部材が直接ポッティング部と接触することが防止されるので、ガスケット組立体の圧縮力により突出部材がポッティング部を変形毀損することを防止できる。
また、燃料電池の繰り返し的運転によって発生する振動などの外乱を減少させてミッド－ケースとキャップとの間の圧力差による空気漏れを防止して、燃料電池の発展効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】従来技術に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
【図5】本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。
【図6】本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図である。
【図7】本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
【図8】本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例が示された断面図である。
【図9】本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図である。
【図10】本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図である。
【図11】本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
【図12】本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明するための図である。
【図13】本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明は、様々な変換を加えることができ、種々の実施形態を有することができるところ、特定実施形態を例示し、詳細な説明に詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むことと理解されなければならない。
本発明において使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器を説明する。
本発明において使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るガスケット組立体及びこれを含む燃料電池膜加湿器を説明する。
【0017】
図２は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図であり、図３は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図であり、図４は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器１００－１は、外部から供給される空気を燃料電池スタックから排出される排ガス内の水分で加湿する加湿モジュール１１０を備える。加湿モジュール１１０の両末端の各々は、キャップ１２０と結合される。
キャップ１２０のうち、いずれか１つは、外部から供給される空気を加湿モジュール１１０に供給し、他の１つは、加湿モジュール１１０により加湿された空気を燃料電池スタックに供給する。
加湿モジュール１１０は、外部から供給される空気と排ガスとの間の水分交換が起こる装置であって、排ガス流入口１１１ａａと排ガス排出口１１１ｂとを有するミッド－ケース１１１、及びミッド－ケース１１１内に配置される少なくとも１つのカートリッジ１１２を備えることができる。
ミッド－ケース１１１とキャップ１２０とは、各々独立的に硬質プラスチックや金属で形成されることができ、円形または多角形の幅方向断面を有することができる。円形は、楕円形を含み、多角形は、丸い角（ｒｏｕｎｄｅｄ ｃｏｒｎｅｒ）を有する多角形を含む。例えば、硬質プラスチックは、ポリカーボネート、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などであることができる。
図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器１００－１は、外部から供給される空気を燃料電池スタックから排出される排ガス内の水分で加湿する加湿モジュール１１０を備える。加湿モジュール１１０の両末端の各々は、キャップ１２０と結合される。
キャップ１２０のうち、いずれか１つは、外部から供給される空気を加湿モジュール１１０に供給し、他の１つは、加湿モジュール１１０により加湿された空気を燃料電池スタックに供給する。
加湿モジュール１１０は、外部から供給される空気と排ガスとの間の水分交換が起こる装置であって、排ガス流入口１１１ａａと排ガス排出口１１１ｂとを有するミッド－ケース１１１、及びミッド－ケース１１１内に配置される少なくとも１つのカートリッジ１１２を備えることができる。
ミッド－ケース１１１とキャップ１２０とは、各々独立的に硬質プラスチックや金属で形成されることができ、円形または多角形の幅方向断面を有することができる。円形は、楕円形を含み、多角形は、丸い角（ｒｏｕｎｄｅｄ ｃｏｒｎｅｒ）を有する多角形を含む。例えば、硬質プラスチックは、ポリカーボネート、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などであることができる。
【0018】
カートリッジ１１２は、複数の中空糸膜１１２ａ及びこれらを互いに固定させるポッティング部１１２ｂを備えることができる。中空糸膜１１２ａの末端は、ポッティング部１１２ｂに固定されることができる。
中空糸膜１１２ａ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ライド（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、またはこれらのうち、少なくとも２つ以上の混合物で形成された高分子膜を含むことができ、ポッティング部１１２ｂは、ディップポッティング、遠心ポッティングなどのキャスティング方式によって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り形成されることができる。
外部から供給される空気は、中空糸膜１１２ａの中空に沿って流れる。排ガス流入口１１１ａを介してミッド－ケース１１１内に流入した排ガスは、中空糸膜１１２ａの外表面と接触した後、排ガス排出口１１１ｂを介してミッド－ケース１１１から排出される。排ガスが中空糸膜１１２ａの外表面と接触するとき、排ガス内に含有されていた水分が中空糸膜１１２ａを透過することによって中空糸膜１１２ａの中空に沿って流れていた空気を加湿する。
キャップ１２０は、中空糸膜１１２ａの中空とのみ流体連通し、ミッド－ケース１１１の内部空間Ｓとは完全に遮断されなければならない。それとも、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
中空糸膜１１２ａ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ライド（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、またはこれらのうち、少なくとも２つ以上の混合物で形成された高分子膜を含むことができ、ポッティング部１１２ｂは、ディップポッティング、遠心ポッティングなどのキャスティング方式によって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り形成されることができる。
外部から供給される空気は、中空糸膜１１２ａの中空に沿って流れる。排ガス流入口１１１ａを介してミッド－ケース１１１内に流入した排ガスは、中空糸膜１１２ａの外表面と接触した後、排ガス排出口１１１ｂを介してミッド－ケース１１１から排出される。排ガスが中空糸膜１１２ａの外表面と接触するとき、排ガス内に含有されていた水分が中空糸膜１１２ａを透過することによって中空糸膜１１２ａの中空に沿って流れていた空気を加湿する。
キャップ１２０は、中空糸膜１１２ａの中空とのみ流体連通し、ミッド－ケース１１１の内部空間Ｓとは完全に遮断されなければならない。それとも、圧力差による空気漏れが発生して燃料電池スタックに供給される加湿空気の量が減り、燃料電池の発展効率が低下する。
【0019】
このような問題を解決するために、本発明の燃料電池膜加湿器１００は、加湿モジュール１１０の各末端に機械的組立を介して気密に結合されるガスケット組立体１０００をさらに備える。
本発明によれば、ガスケット組立体１０００の機械的組立を介してミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の空気漏れを防止するので、従来技術のキャスティング工程（すなわち、液状樹脂を鋳型に注入し、硬化する工程）及び追加的シーリング工程（すなわち、シーラントを塗布し、硬化させる工程）などを省略することができる。したがって、本発明によれば、ミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の空気漏れを防止しながらも、燃料電池膜加湿器１００：１００－１、１００－２、１００－３の生産工程時間を短縮させることにより、その生産性を画期的に向上させることができる。
また、本発明のガスケット組立体１０００は、機械的組立を介して加湿モジュール１１０に装着されるので、加湿モジュール１１０の特定部分（例えば、カートリッジ１１２）に異常が発生する場合、サブケース１１００とガスケット組立体１０００とを加湿モジュール１１０から機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理または交替することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池膜加湿器１００の維持補修費用を相当に低減することができる。
本発明によれば、ガスケット組立体１０００の機械的組立を介してミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の空気漏れを防止するので、従来技術のキャスティング工程（すなわち、液状樹脂を鋳型に注入し、硬化する工程）及び追加的シーリング工程（すなわち、シーラントを塗布し、硬化させる工程）などを省略することができる。したがって、本発明によれば、ミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の空気漏れを防止しながらも、燃料電池膜加湿器１００：１００－１、１００－２、１００－３の生産工程時間を短縮させることにより、その生産性を画期的に向上させることができる。
また、本発明のガスケット組立体１０００は、機械的組立を介して加湿モジュール１１０に装着されるので、加湿モジュール１１０の特定部分（例えば、カートリッジ１１２）に異常が発生する場合、サブケース１１００とガスケット組立体１０００とを加湿モジュール１１０から機械的に簡単に分離した後、当該部分のみを修理または交替することが可能である。したがって、本発明によれば、燃料電池膜加湿器１００の維持補修費用を相当に低減することができる。
【0020】
また、燃料電池の繰り返し的運転によって発生する振動などの外乱を減少させてミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の圧力差による空気漏れを防止して、燃料電池の発展効率を向上させることができる。
図３及び図４に示すように、ガスケット組立体１０００は、サブケース１１００とガスケット１２００とを備える。
サブケース１１００は、カートリッジ１１２の端部（例えば、ポッティング部１１２ｂ）を囲む形状で形成される。サブケース１１００は、ポッティング部１１２ｂをなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成されることができる。サブケース１１００は、カートリッジ１１２のポッティング部１１２ｂが挿入される第１のホールＨ１を備える。カートリッジ１１２のポッティング部１１２ｂは、サブケース１１００の第１のホールＨ１に挿入固定されることができる。サブケース１１００がポッティング部１１２ｂと結合され得るように、サブケース１１００の内周面には、プライマーのような接着剤が塗布され得る。または、内部に中空糸膜１１２ａが配置されたインナーケース（１１２ｃ、図５参照）をサブケース１１００の第１のホールＨ１に挿入固定した後、ポッティング部１１２ｂを形成することもできる。
図３及び図４に示すように、ガスケット組立体１０００は、サブケース１１００とガスケット１２００とを備える。
サブケース１１００は、カートリッジ１１２の端部（例えば、ポッティング部１１２ｂ）を囲む形状で形成される。サブケース１１００は、ポッティング部１１２ｂをなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成されることができる。サブケース１１００は、カートリッジ１１２のポッティング部１１２ｂが挿入される第１のホールＨ１を備える。カートリッジ１１２のポッティング部１１２ｂは、サブケース１１００の第１のホールＨ１に挿入固定されることができる。サブケース１１００がポッティング部１１２ｂと結合され得るように、サブケース１１００の内周面には、プライマーのような接着剤が塗布され得る。または、内部に中空糸膜１１２ａが配置されたインナーケース（１１２ｃ、図５参照）をサブケース１１００の第１のホールＨ１に挿入固定した後、ポッティング部１１２ｂを形成することもできる。
【0021】
ガスケット１２００は、パッキング部１２１０とエッジ部１２２０とを備えることができる。パッキング部１２１０とエッジ部１２２０とは、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａ、望ましくは３０～６０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有する弾性物質（例えば、シリコン、ゴムなど）で形成されることができる。
パッキング部１２１０は、サブケース１１００が挿入される第２のホールＨ２を備え、ミッド－ケース１１１とサブケース１１００との間に介在される。パッキング部１２１０は、ボディー部材１２１１と突出部材１２１２とを備える。
ボディー部材１２１１は、サブケース１１００が挿入される第２のホールＨ２を備え、第２のホールＨ２は、サブケース１１００の形状と対応する形状で形成される。ボディー部材１２１１から下方向に突出形成された下部ボディー部材１２１１ａは、断面が多角形状（例えば、台形）で形成されることができ、キャップ１２０側に形成された上部ボディー部材１２１１ｂは、平面形状で形成されることができる。もちろん、平面形状に限定されず、上部ボディー部材１２１１ｂは、曲面、傾斜面など、様々な形状で形成されることができる。下部ボディー部材１２１１ａとエッジ部１２２０との間には、ミッド－ケース１１１の端部１１１ａが挟まれる溝Ｇが形成される。
突出部材１２１２は、サブケース１１００の外周面と接触するようにボディー部材１２１１の一端に形成される。突出部材１２１２は、ボディー部材１２１１の一端部から突出された少なくとも１個以上の環状突起であることができる。図面では、突出部材１２１２が２個であることを例示している。突出部材１２１２は、弾性力によってサブケース１１００を加圧しながら接触して、ミッド－ケース１１１の空間とキャップ１２０による空間とを気密にすることができる。したがって、突出部材１２１２は、ミッド－ケース１１１内の流体がキャップ１２０側に形成された空間に流れることを防止できる。また、突出部材１２１２は、弾性を有しているので、振動緩衝機能を果たすことができ、したがって、膜加湿器１００の振動による損傷を防止できる。このとき、サブケース１１００は、突出部材１２１２が直接ポッティング部１１２ｂと接触することを防止するので、ガスケット１２００の圧縮力により突出部材１２１２がポッティング部１１２ｂを変形毀損することを防止できる。
パッキング部１２１０は、サブケース１１００が挿入される第２のホールＨ２を備え、ミッド－ケース１１１とサブケース１１００との間に介在される。パッキング部１２１０は、ボディー部材１２１１と突出部材１２１２とを備える。
ボディー部材１２１１は、サブケース１１００が挿入される第２のホールＨ２を備え、第２のホールＨ２は、サブケース１１００の形状と対応する形状で形成される。ボディー部材１２１１から下方向に突出形成された下部ボディー部材１２１１ａは、断面が多角形状（例えば、台形）で形成されることができ、キャップ１２０側に形成された上部ボディー部材１２１１ｂは、平面形状で形成されることができる。もちろん、平面形状に限定されず、上部ボディー部材１２１１ｂは、曲面、傾斜面など、様々な形状で形成されることができる。下部ボディー部材１２１１ａとエッジ部１２２０との間には、ミッド－ケース１１１の端部１１１ａが挟まれる溝Ｇが形成される。
突出部材１２１２は、サブケース１１００の外周面と接触するようにボディー部材１２１１の一端に形成される。突出部材１２１２は、ボディー部材１２１１の一端部から突出された少なくとも１個以上の環状突起であることができる。図面では、突出部材１２１２が２個であることを例示している。突出部材１２１２は、弾性力によってサブケース１１００を加圧しながら接触して、ミッド－ケース１１１の空間とキャップ１２０による空間とを気密にすることができる。したがって、突出部材１２１２は、ミッド－ケース１１１内の流体がキャップ１２０側に形成された空間に流れることを防止できる。また、突出部材１２１２は、弾性を有しているので、振動緩衝機能を果たすことができ、したがって、膜加湿器１００の振動による損傷を防止できる。このとき、サブケース１１００は、突出部材１２１２が直接ポッティング部１１２ｂと接触することを防止するので、ガスケット１２００の圧縮力により突出部材１２１２がポッティング部１１２ｂを変形毀損することを防止できる。
【0022】
エッジ部１２２０は、ボディー部材１２１１の他端に形成される。エッジ部１２２０は、ミッド－ケースの端部に形成された溝１１１ｂｂとキャップの端部１２０ａにより形成された空間に介在されることができる。エッジ部１２２０は、両方向に突出されたエッジウィング１２２１、１２２２を備えることができる。エッジウィング１２２１、１２２２は、加湿モジュール１１０の長さ方向に形成されることができる。
組立の際に、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂにエッジウィング１２２１、１２２２を挿入し、キャップの端部１２０ａがエッジウィング１２２２を加圧した後、ボルトＢなどの締め付け手段で締め付けて組み立てることができる。このとき、エッジウィング１２２１、１２２２は、弾性を有した物質からなるので、エッジウィング１２２１、１２２２は、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂ空間を一定部分満たしながら介在されることができる。ミッド－ケース１１１とキャップ１２０との端部側面には、ボルト締め付けのための締め付け孔が形成された締め付け切片１１１ｃ、１２０ｃが形成され得る。エッジウィング１２２１、１２２２は、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂを気密にしてミッド－ケース１１１の内部と外部、そして、ミッド－ケース１１１とキャップ１２０とを封止させることができる。
サブケース１１００の外周面には、放射方向に突出されるダンピング部１１１０が形成され得る。ダンピング部１１１０は、サブケース１１００の外周面に環状で形成することができる。ダンピング部１１１０は、パッキング部１２１０の下面と接触してパッキング部１２１０を支持するように形成されることができる。具体的に、ダンピング部１１１０は、少なくとも一部が下部ボディー部材１２１１ａの下面と接触されるように形成されることができる。このようなダンピング部１１１０は、パッキング部１２１０により垂直方向（図３においてｚ軸方向）移動が抑制されつつ、カートリッジ２１２の垂直方向振動を吸収できる。したがって、振動による外乱を減少させることができる。
組立の際に、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂにエッジウィング１２２１、１２２２を挿入し、キャップの端部１２０ａがエッジウィング１２２２を加圧した後、ボルトＢなどの締め付け手段で締め付けて組み立てることができる。このとき、エッジウィング１２２１、１２２２は、弾性を有した物質からなるので、エッジウィング１２２１、１２２２は、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂ空間を一定部分満たしながら介在されることができる。ミッド－ケース１１１とキャップ１２０との端部側面には、ボルト締め付けのための締め付け孔が形成された締め付け切片１１１ｃ、１２０ｃが形成され得る。エッジウィング１２２１、１２２２は、ミッド－ケース端部の溝１１１ｂｂを気密にしてミッド－ケース１１１の内部と外部、そして、ミッド－ケース１１１とキャップ１２０とを封止させることができる。
サブケース１１００の外周面には、放射方向に突出されるダンピング部１１１０が形成され得る。ダンピング部１１１０は、サブケース１１００の外周面に環状で形成することができる。ダンピング部１１１０は、パッキング部１２１０の下面と接触してパッキング部１２１０を支持するように形成されることができる。具体的に、ダンピング部１１１０は、少なくとも一部が下部ボディー部材１２１１ａの下面と接触されるように形成されることができる。このようなダンピング部１１１０は、パッキング部１２１０により垂直方向（図３においてｚ軸方向）移動が抑制されつつ、カートリッジ２１２の垂直方向振動を吸収できる。したがって、振動による外乱を減少させることができる。
【0023】
すなわち、パッキング部１２１０は、カートリッジ１１２の水平方向（図３においてｘ軸方向）の振動を吸収し、ダンピング部１１１０は、カートリッジ１１２の垂直方向振動を吸収して、振動による外乱を減少させてミッド－ケース１１１とキャップ１２０との間の圧力差による空気漏れを防止できる。
また、ガスケット１２００は、補強部材１２４０をさらに備えることができる。補強部材１２４０は、第１の硬度より高い第２の硬度を有することができる。例えば、補強部材１２４０は、金属、熱可塑性または熱硬化性樹脂などで形成されることができる。補強部材１２４０は、ガスケット１２００成形の際、金型に金属プレートを挿入した後に製造することにより、ガスケット１２００内に挿入されて形成されることができる。補強部材１２４０は、パッキング部１２１０の少なくとも一部とエッジ部１２２０の少なくとも一部とに挿入されて形成されることができる。補強部材１２４０は、ガスケット１２００の中で変形に脆弱な部分（溝Ｇが形成された部分）に形成されることができる。パッキング部１２１０及びエッジ部１２２０より高い硬度を有する補強部材１２４０は、ガスケット組立体１０００を加湿モジュール１１０に機械的に組み立てるとき、または膜加湿器運転中にボディー部材１２１１の変形が引き起こされることを防止することにより、空気漏れをより確実に遮断することができる。
次に、図５～図７を参照して本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図であり、図６は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された分解断面図であり、図７は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
また、ガスケット１２００は、補強部材１２４０をさらに備えることができる。補強部材１２４０は、第１の硬度より高い第２の硬度を有することができる。例えば、補強部材１２４０は、金属、熱可塑性または熱硬化性樹脂などで形成されることができる。補強部材１２４０は、ガスケット１２００成形の際、金型に金属プレートを挿入した後に製造することにより、ガスケット１２００内に挿入されて形成されることができる。補強部材１２４０は、パッキング部１２１０の少なくとも一部とエッジ部１２２０の少なくとも一部とに挿入されて形成されることができる。補強部材１２４０は、ガスケット１２００の中で変形に脆弱な部分（溝Ｇが形成された部分）に形成されることができる。パッキング部１２１０及びエッジ部１２２０より高い硬度を有する補強部材１２４０は、ガスケット組立体１０００を加湿モジュール１１０に機械的に組み立てるとき、または膜加湿器運転中にボディー部材１２１１の変形が引き起こされることを防止することにより、空気漏れをより確実に遮断することができる。
次に、図５～図７を参照して本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器を説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図であり、図６は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された分解断面図であり、図７は、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体を含む燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
【0024】
図５～図７に示すように、本発明の第２実施形態に係るガスケット組立体は、サブケース１１００とガスケット１２００とを備える。
サブケース１１００は、その外周面に放射方向に突出されるダンピング部１１１０を備えることができ、ガスケット１２００は、パッキング部１２１０、エッジ部１２２０、補強部材１２４０、ダンピングキャップ部１２５０を備えることができる。ダンピング部１１１０、パッキング部１２１０、エッジ部１２２０、補強部材１２４０は、前述した第１実施形態と実質的に同様であるので、繰り返し説明は省略する。
本実施形態では、ガスケット１２００の一面に形成されるダンピングキャップ部１２５０をさらに備える。
図５～図７に示されたように、ダンピングキャップ部１２５０は、パッキング部１２１０の上面と、サブケース１１００の上面と、カートリッジ１１２の上面の少なくとも一部にわたって形成されることができる。
サブケース１１００は、その外周面に放射方向に突出されるダンピング部１１１０を備えることができ、ガスケット１２００は、パッキング部１２１０、エッジ部１２２０、補強部材１２４０、ダンピングキャップ部１２５０を備えることができる。ダンピング部１１１０、パッキング部１２１０、エッジ部１２２０、補強部材１２４０は、前述した第１実施形態と実質的に同様であるので、繰り返し説明は省略する。
本実施形態では、ガスケット１２００の一面に形成されるダンピングキャップ部１２５０をさらに備える。
図５～図７に示されたように、ダンピングキャップ部１２５０は、パッキング部１２１０の上面と、サブケース１１００の上面と、カートリッジ１１２の上面の少なくとも一部にわたって形成されることができる。
【0025】
ダンピングキャップ部１２５０は、サブケース１１００の外周面と接するようにまたは所定距離離間するように形成されることができ、サブケース１１００の上面及びポッティング部１１２ｂの上面とは接するように形成されることができる。ダンピングキャップ部１２５０は、一体形に大体「
」形状の環状で形成されるか、または複数個の「
」形状が所定距離離間しつつ、全体的に環状をなすように形成されることができる。
このようなダンピングキャップ部１２５０は、ダンピング部１１１０とともにカートリッジ１１２の垂直方向の振動を吸収できる。
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例を説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例が示された断面図である。
図８に示すように、本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例１００ａは、（ｉ）ミッド－ケース１１１の内部空間が隔壁（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ）１１１ｄにより第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とに仕切られ、（ii）カートリッジ１１２がインナーケース（ｉｎｎｅｒ ｃａｓｅ）１１２ｃをさらに備えているということを除いては、前述した第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器１００－２と実質的に同様である。
インナーケース１１２ｃは、各末端に開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を有し、中空糸膜１１２ａがその中に入っている。中空糸膜１１２ａの端部がポッティングされているポッティング部１１２ｂは、インナーケース１１２ｃの開口を閉鎖させる。
このようなダンピングキャップ部１２５０は、ダンピング部１１１０とともにカートリッジ１１２の垂直方向の振動を吸収できる。
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例を説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例が示された断面図である。
図８に示すように、本発明の第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器の変形例１００ａは、（ｉ）ミッド－ケース１１１の内部空間が隔壁（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ）１１１ｄにより第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とに仕切られ、（ii）カートリッジ１１２がインナーケース（ｉｎｎｅｒ ｃａｓｅ）１１２ｃをさらに備えているということを除いては、前述した第２実施形態に係る燃料電池膜加湿器１００－２と実質的に同様である。
インナーケース１１２ｃは、各末端に開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を有し、中空糸膜１１２ａがその中に入っている。中空糸膜１１２ａの端部がポッティングされているポッティング部１１２ｂは、インナーケース１１２ｃの開口を閉鎖させる。
【0026】
図８に示されたように、ポッティング部１１２ｂの少なくとも一部がインナーケース１１２ｃの外に位置して露出されることができ、サブケース１１００は、露出されたポッティング部１１２ｂを覆うように形成されることができる。
インナーケース１１２ｃは、第１の空間Ｓ１との流体連通のために、メッシュ形態で配列された複数のホール（以下、「第１のメッシュホール」）ＭＨ１及び第２の空間Ｓ２との流体連通のために、メッシュ形態で配列された複数のホール（以下、「第２のメッシュホール」）ＭＨ２を備える。
排ガス流入口１１１ａを介してミッド－ケース１１１の第１の空間Ｓ１に流入した排ガスは、第１のメッシュホールＭＨ１を介してインナーケース１１２ｃ内に流れ込んで中空糸膜１１２ａの外表面と接触する。次いで、水分を奪われた排ガスは、第２のメッシュホールＭＨ２を介して第２の空間Ｓ２に抜け出した後、排ガス排出口１１１ｂを介してミッド－ケース１１１から排出される。
このようなインナーケース１１２ｃを備えるカートリッジ１１２は、ミッド－ケース１１１に容易に組み立てられ得るだけでなく、容易に交替されることができるという長所を有する。もちろん、このような図８の特徴は、前述した第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器にも適用されることができる。
次に、図９～図１１を参照して本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図であり、図１０は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図であり、図１１は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
インナーケース１１２ｃは、第１の空間Ｓ１との流体連通のために、メッシュ形態で配列された複数のホール（以下、「第１のメッシュホール」）ＭＨ１及び第２の空間Ｓ２との流体連通のために、メッシュ形態で配列された複数のホール（以下、「第２のメッシュホール」）ＭＨ２を備える。
排ガス流入口１１１ａを介してミッド－ケース１１１の第１の空間Ｓ１に流入した排ガスは、第１のメッシュホールＭＨ１を介してインナーケース１１２ｃ内に流れ込んで中空糸膜１１２ａの外表面と接触する。次いで、水分を奪われた排ガスは、第２のメッシュホールＭＨ２を介して第２の空間Ｓ２に抜け出した後、排ガス排出口１１１ｂを介してミッド－ケース１１１から排出される。
このようなインナーケース１１２ｃを備えるカートリッジ１１２は、ミッド－ケース１１１に容易に組み立てられ得るだけでなく、容易に交替されることができるという長所を有する。もちろん、このような図８の特徴は、前述した第１実施形態に係る燃料電池膜加湿器にも適用されることができる。
次に、図９～図１１を参照して本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解斜視図であり、図１０は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された分解断面図であり、図１１は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器が示された断面図である。
【0027】
図９～図１１に示されたように、本発明の第３実施形態に係る燃料電池膜加湿器１００－３は、（i）加湿モジュール１１０が２個以上のカートリッジ１１２を備え、（ii）２個以上のカートリッジ１１２のポッティング部１１２ｂを各々囲むように形成される複数個のサブケース１１００を備え、（iii）パッキング部１２１０のボディー部材１２１１は、複数個のサブケース１１００の各々が挿入される２個以上のホールＨ２を備え、（iv）サブケース１１００と接触するようにボディー部材１２１１の一端に形成される２個以上の突出部材１２１２を備える点を除いては、前述した実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の変形例１００ａと実質的に同様である。
インナーケース１１２ｃを各々備える複数個のカートリッジ１１２がミッド－ケース１１１内に装着されることで、ミッド－ケース１１１内に存在する全ての中空糸膜１１２ａに排ガスが分配され得るだけでなく、問題が発生した特定カートリッジ１１２のみを選別的に交替することができ、燃料電池膜加湿器の維持補修費用をさらに低減することができる。
次に、図１２及び図１３を参照して本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明する。図１２及び図１３は、本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明するための図である。
まず、図１２は、サブケース１１００がない状態で突出部材１２１２がカートリッジ１１２の端部に形成されたポッティング部１１２ｂを直接加圧してミッド－ケース１１１の空間とキャップ１２０の空間とを気密にする状態を概括的に示した図である。
インナーケース１１２ｃを各々備える複数個のカートリッジ１１２がミッド－ケース１１１内に装着されることで、ミッド－ケース１１１内に存在する全ての中空糸膜１１２ａに排ガスが分配され得るだけでなく、問題が発生した特定カートリッジ１１２のみを選別的に交替することができ、燃料電池膜加湿器の維持補修費用をさらに低減することができる。
次に、図１２及び図１３を参照して本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明する。図１２及び図１３は、本発明の実施形態等に係る燃料電池膜加湿器の付随効果を説明するための図である。
まず、図１２は、サブケース１１００がない状態で突出部材１２１２がカートリッジ１１２の端部に形成されたポッティング部１１２ｂを直接加圧してミッド－ケース１１１の空間とキャップ１２０の空間とを気密にする状態を概括的に示した図である。
【0028】
図１２の（ａ）に示されたように、突出部材１２１２は、ガスケット１２００の圧縮力によりポッティング部１１２ｂを直接加圧しながら接触して、ミッド－ケース１１１の空間とキャップ１２０による空間とを気密にすることができる。しかし、燃料電池膜加湿器を長時間繰り返し使用すれば、図１２の（ｂ）に示されたように、ガスケット１２００の圧縮力により突出部材１２１２と接触されるポッティング部１１２ｂの一部は変形して毀損される。このような状態で使用し続けると、ポッティング部１１２ｂの毀損が加速化されて、ポッティング部１１２ｂ本来の機能（流動空間分離）を行うことが難しくなる。
一方、図１３に示されたように、本発明では、サブケース１１００により突出部材１２１２が直接ポッティング部１１２ｂと接触することが防止されるので、ガスケット１２００の圧縮力により突出部材１２１２がポッティング部１１２ｂを変形毀損することを防止できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、または追加などによって本発明を様々に修正及び変更させ得るであろうし、これも本発明の権利範囲内に含まれるといえるであろう。
一方、図１３に示されたように、本発明では、サブケース１１００により突出部材１２１２が直接ポッティング部１１２ｂと接触することが防止されるので、ガスケット１２００の圧縮力により突出部材１２１２がポッティング部１１２ｂを変形毀損することを防止できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、または追加などによって本発明を様々に修正及び変更させ得るであろうし、これも本発明の権利範囲内に含まれるといえるであろう。
【符号の説明】
【0029】
１００（１００－１、１００－２、１００－３、１００ａ）：燃料電池膜加湿器
１１０：加湿モジュール １１１：ミッド－ケース
１１２：カートリッジ １１２ｂ：ポッティング部
１１２ｃ：インナーケース １０００：ガスケット組立体
１１００：サブケース １１１０：ダンピング部
１２００：ガスケット １２１０：パッキング部
１２２０：エッジ部 １２５０：ダンピングキャップ部
１１０：加湿モジュール １１１：ミッド－ケース
１１２：カートリッジ １１２ｂ：ポッティング部
１１２ｃ：インナーケース １０００：ガスケット組立体
１１００：サブケース １１１０：ダンピング部
１２００：ガスケット １２１０：パッキング部
１２２０：エッジ部 １２５０：ダンピングキャップ部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジとを備える燃料電池膜加湿器のためのガスケット組立体であって、前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、
前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットと、
を備えるガスケット組立体。
【請求項2】
前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、
前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材と、
を備える請求項１に記載のガスケット組立体。
【請求項3】
前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成される請求項１又は２に記載のガスケット組立体。
【請求項4】
前記突出部材は、弾性力によって前記サブケースの外周面を加圧しながら接触して、前記ミッド－ケース側の空間と前記キャップ側の空間とを気密にする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスケット組立体。
【請求項5】
前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスケット組立体。
【請求項6】
前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスケット組立体。
【請求項7】
前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスケット組立体。
【請求項8】
前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスケット組立体。
【請求項9】
ミッド－ケースと、前記ミッド－ケースと締め付けられるキャップと、
前記ミッド－ケース内に配置され、複数の中空糸膜を収容する少なくとも１つのカートリッジと、
前記キャップが前記中空糸膜とのみ流体連通できるように、機械的組立を介して前記加湿モジュールの少なくとも一端に気密に結合されたガスケット組立体と、
を備え、
前記ガスケット組立体は、
前記カートリッジ端部を囲む形状で形成され、前記カートリッジ端部が挿入される第１のホールが形成されたサブケースと、
前記サブケースが挿入される第２のホールが形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着して前記カートリッジの水平方向振動を吸収するパッキング部と、前記パッキング部と連結形成され、前記ミッド－ケースの端部に形成された溝と前記キャップの端部により形成された空間に介在されるエッジ部と、前記サブケースの外周面に形成され、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピング部とを備えるガスケットと、
を備える燃料電池膜加湿器。
【請求項10】
前記パッキング部は、前記サブケースが挿入される第２のホールが形成されたボディー部材と、
前記ボディー部材の一端に形成され、前記第２のホールに挿入された前記サブケースの外周面と密着形成された突出部材と、
を備える請求項９に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項11】
前記ボディー部材は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記突出部材は、２個以上備えられて、前記２個以上のサブケースの外周面に接触形成される請求項９又は１０に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項12】
前記サブケースは、前記カートリッジ端部に形成されたポッティング部をなす物質の硬度より高い硬度を有する物質で形成される請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項13】
前記ガスケットは、前記パッキング部上面と前記サブケース上面と前記カートリッジ上面とにわたって形成されて、前記カートリッジの垂直方向振動を吸収するダンピングキャップ部をさらに備える請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項14】
前記パッキング部は、２個以上のサブケースが各々挿入され得る２個以上の第２のホールを備え、前記ダンピング部は、２個以上のサブケースの各々の外周面に形成されて、前記パッキング部により垂直方向移動が抑制されて垂直方向の振動を吸収する請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の燃料電池膜加湿器。
【請求項15】
前記パッキング部と前記エッジ部との各々は、２０～７０Ｓｈｏｒｅ Ａの第１の硬度を有し、前記パッキング部の少なくとも一部と前記エッジ部の少なくとも一部に挿入されて形成され、前記第１の硬度より高い第２の硬度を有する補強部材をさらに備える請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の燃料電池膜加湿器。
【国際調査報告】