JP2021120156A - 組立型カートリッジブロック及びこれを含む中空糸膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
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から公害物質の排出が少ない。よって、燃料電池は環境に優しいだけでなく、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利点を有する。
このような燃料電池は、使わ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(PAFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、及びアルカリ型燃料電池(AFC)などに分類することができる。
高分子電解質型燃料電池の性能を向上させることに最も重要な要因の一つは、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維持することである。高分子電解質膜が乾燥すれば発電効率が急激に低下するからである。
これらの中でも、排気ガス内に含まれる水蒸気のみ選択的に透過させる膜を用いて、水蒸気を高分子電解質膜に供給されるガスに提供することによって、高分子電解質膜を加湿する加湿膜方式が加湿器を軽量化及び小型化することができるという点で有利である。
しかし、中空糸膜を用いた加湿器の場合、その容量を増やすために多数の中空糸膜を集積することになる。この際、中空糸膜の外部で流れる気体の流れが高集積化した中空糸膜による抵抗のため、加湿器の内部全体に均一に形成されることができなくなる。
しかし、このような従来のカートリッジ方式は次のような問題点がある。
カートリッジ11の幅の大きさが加湿器ハウジング10の幅の大きさとほぼ同じ大きさに形成されるため、加湿器ハウジング10の大きさが変わる都度、該当加湿器ハウジング10の大きさに合うカートリッジを別に製作しなければならない問題がある。また、このように製作されたカートリッジは他の大きさの加湿器ハウジング10には使えない問題がある。よって、このような従来のカートリッジは大量生産に相応しくないという問題がある。
本発明の一態様によれば、前記ボディー部は多角柱形状に形成されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記ボディー部は、底面が扇形である扇形柱形状、又は扇形状の上部が円弧形に切断されて形成されたドーナツ形扇形柱形状に形成されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記ボディー部の両端には、内部に収容した中空糸膜を結束するとともに中空糸膜間の空隙を埋めるポッティング部が形成されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記組立型カートリッジブロックは、内部に複数の中空糸膜を収容し、流体が流入するメッシュ部が形成されたボディー部と、前記ボディー部に形成され、隣接した組立型カートリッジブロックと締結される締結部とを含むことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記ボディー部は多角柱形状に形成されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記ボディー部の両端には、内部に収容した中空糸膜を結束するとともに中空糸膜間の空隙を埋めるポッティング部が形成されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記ハウジング部は、前記第1流体流入口が形成されたハウジングキャップと、前記ハウジングキャップに形成され、前記第1流体流入口を通して供給された第1流体を前記カートリッジ部に均一に供給するための流体ガイドとを含むことを特徴とする。
その他に、本発明の多様な側面による具現例の具体的な事項は以下の詳細な説明に含まれている。
また、ハウジング部の大きさにかかわらず、カートリッジをハウジング部に取り付けることができるようになるので、中空糸膜モジュール用カートリッジを大量生産することができるようになる。
また、組立型カートリッジブロックの内部に挿入される中空糸膜が動ける空間が相対的に狭い密集した形態になり、製造過程又は運用過程で中空糸膜同士縺れて損傷が発生するおそれが減少するようになる。
また、相対的に小さな大きさの組立型カートリッジブロックの内部に挿入された中空糸膜は組立型カートリッジブロックによって構造的に支持されるので、中空糸膜の損傷発生のおそれが減少するようになる。
本発明で使用された用語はただ特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に他に指示しない限り、複数の表現を含む。本発明で、‘含む’又は‘有する’などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものに理解しなければならない。以下、図面に基づいて本発明の実施例による組立型カートリッジブロック及びこれを含む中空糸膜モジュールを説明する。
図2に示したように、本発明の第1実施例による中空糸膜モジュールは、ハウジング部100とカートリッジ部200とを含む。
ハウジング部100は中空糸膜モジュールの外形を成す。ハウジング部100は、ハウジング胴体110とハウジングキャップ120とを含むことができ、これらが結合された一体型であり得る。ハウジング胴体110とハウジングキャップ120はポリカーボネートなどの硬質プラスチック又は金属からなることができる。
ハウジング胴体110には、それぞれ第2流体が供給される第2流体流入口131と第2流体が排出される第2流体流出口132が形成されている。
ハウジング部100の内部には、水分を選択的に通過させる複数の中空糸膜を収容した複数の組立型カートリッジブロック300が互いに締結されて形成されたカートリッジ部200が配置される。ここで、前記中空糸膜の素材は公知のものであるので、この明細書でその詳細な説明は省略する。
以下、図3を参照して、カートリッジ部200を形成する基本単位体である組立型カートリッジブロック300について説明する。図3に示したように、組立型カートリッジブロック300は、ボディー部310と締結部320とを含む。
一方、カートリッジ部200の断面形状が多角形の場合、ボディー部310の形状は三角柱形状に形成されることができる。例えば、図4のように、カートリッジ部200が四角柱形状の場合、複数の三角柱形状の組立型カートリッジブロックが結合されて、カートリッジ部200形状に対応する四角柱形状を具現することができる。
また、例えば、図6のように、ハウジング部100の形状が円筒形状であり、複数の組立型カートリッジブロックが結合されたカートリッジ部200が断面のドーナツ形状である中空型円筒形状の場合、ボディー部310の形状は扇形状の上部が円弧形に切断されて形成されたドーナツ形扇形柱形状に形成される。
ボディー部310は、複数の組立型カートリッジブロック300が締結されたカートリッジ210(図2参照)又はカートリッジ部200(図5及び図6参照)がハウジング部100に挿入されたとき、カートリッジ210又はカートリッジ部200がハウジング部100から離脱することを防止する離脱防止フック312を含むことができる。離脱防止フック312は、ボディー部310の全ての面の中で少なくとも一面に所定の長さで突出した突起形態になることができる。
前記のように構成されるそれぞれの組立型カートリッジブロック300の内部に複数の中空糸膜を挿入した後、図7に示したように、隣接した組立型カートリッジブロック300を締結して一つのカートリッジ210又はカートリッジ部200を形成する。もちろん、カートリッジ210又はカートリッジ部200を形成した後、それぞれの組立型カートリッジブロック300の内部に複数の中空糸膜を挿入することもできる。
前記のような本発明の第1実施例によれば、規格化した組立型カートリッジブロックで、ハウジング部100の大きさにかかわらず、ハウジング部100の内部にカートリッジを取り付けることができる。よって、ハウジング部100の大きさに合うカートリッジを別に製作する必要がなくなる。また、ハウジング部100の大きさにかかわらず、カートリッジをハウジング部100に取り付けることができるようになるので、中空糸膜モジュール用カートリッジを大量生産することができるようになる。
しかし、本発明の規格化した組立型カートリッジブロックは相対的に小さな大きさを有するようになり、これにより組立型カートリッジブロックの内部に挿入される中空糸膜が動ける空間が相対的に狭くなって密集した形態になる。よって、製造過程又は運用過程で中空糸膜同士縺れて損傷が発生するおそれが減少するようになる。また、相対的に小さな大きさの組立型カートリッジブロックの内部に挿入された中空糸膜は組立型カートリッジブロックによって構造的に支持されるので、中空糸膜の損傷発生のおそれが減少するようになる。
図8に示したように、本発明の第2実施例による中空糸膜モジュールは、ハウジング部100とカートリッジ部200とを含む。第2実施例による中空糸膜モジュールは、カートリッジ部200にダミーカートリッジブロック400が含まれるという点で第1実施例と違うだけ、他の構成は同一であるので、これについての詳細な説明は省略する。
ダミーカートリッジブロック400は、ボディー部310と締結部320とを含み、これは前述した第1実施例の組立型カートリッジブロック300と類似している。ただ、ダミーカートリッジブロック400のボディー部310の内部には水分を交換する中空糸膜を収容せず、水分交換なしに単に流体を流動させる流動膜を収容するか、あるいは流体不透過性膜で満たされる。
次に、図9を参照して本発明の第3実施例による中空糸膜モジュールを説明する。図9は本発明の第3実施例による中空糸膜モジュールを示した図である。
図9に示したように、本発明の第3実施例による中空糸膜モジュールは、ハウジング部100とカートリッジ部200とを含む。第3実施例の中空糸膜モジュールは、第1流体流入口121が形成されたハウジングキャップ120に流体ガイド500が形成されるという点で第1実施例と違うだけ、他の構成は同一であるので、これについての詳細な説明は省略する。
よって、本実施例は、カートリッジ部200の全領域に均一に第1流体を供給するために、第1流体流入口121が形成されたハウジングキャップ120に流体ガイド500(510、520)が形成される。
図9に示したように、流体ガイド500は、ハウジングキャップ120と連結形成される支持部510と支持部と連結形成されたガイドプレート520とを含む。ガイドプレート520は、所望の加湿効率によって適正の大きさに形成されることができる。ガイドプレート520によって発生する第1流体の流動抵抗を最小化するために、ガイドプレート520は円錐形又は多角錐形に形成されることが好ましい。第1流体流入口121に流入した第1流体はガイドプレート520と衝突した後、ガイドプレート520によってガイドされ、支持部510と支持部間の空間に流動してカートリッジ部200に流入する。
以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば特許請求範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範疇内で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などによって本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれると言える。
Claims (5)
- 第1流体流入口及び第1流体流出口と第2流体流入口及び第2流体流出口を含むハウジング部を有し、
前記ハウジング部には、複数のカートリッジが取り付けられており、
前記各カートリッジは、互いに連結された複数の組立型カートリッジブロックを有し、
各組立型カートリッジブロックは、
内部に複数の中空糸膜を収容するボディー部を有し、該ボディー部は、該ボディー部を通して流体が流入するメッシュ部を有し、
更に、前記ボディー部に形成された締結部を有し、前記組立型カートリッジブロックは、前記締結部により互いに連結されており、
少なくとも一つの前記カートリッジは、水分の交換なしに流体を流動させる流動膜を収容するか又は流体不透過性膜で満たされる、ダミーカートリッジブロックを含む、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。 - 前記ボディー部は多角柱形状に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の中空糸モジュール。
- 前記ボディー部は、底面が扇形である扇形柱形状、又は扇形状の上部が円弧形に切断されて形成されたドーナツ形扇形柱形状に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記ボディー部の両端には、内部に収容した中空糸膜を結束するとともに中空糸膜間の空隙を埋めるポッティング部が形成されることを特徴とする、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記ハウジング部は、
前記第1流体流入口が形成されたハウジングキャップと、
前記ハウジングキャップに形成され、前記第1流体流入口を通して供給された第1流体を前記カートリッジ部に均一に供給するための流体ガイドと、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
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