KR102100183B1 - 중공사막 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 중공사막 모듈은 하우징 및 중공사막 다발을 포함한다. 하우징의 일단부에는 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 타단부에는 내부를 제1 유체가 빠져나가는 유출구가 형성되며, 제1 유체의 흐름 방향으로 연장 형성된다. 중공사막 다발은 제2 유체가 내부로 흐르도록 상기 하우징의 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막을 포함하며, 하우징의 내부에 삽입되는 적어도 하나 이상 구비된다. 그리고 하우징은 단면이 다각형으로 형성된 다각기둥 형상이며, 상기 다각기둥 형상에서 각 옆면은 곡면으로 형성된다.
본 발명의 실시예들에 따르면 지속적이거나 갑작스러운 고압 충격에도 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따르면 하우징 외벽 설계 최적화를 통해 모듈의 내압성을 높이고 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

중공사막 모듈{Hollow Fiber Membrane Humidifier Module}

본 발명은 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단면이 다각형인 중공사막 모듈 내부 압력을 균일하게 분산하여 고압 운전시에도 안정적으로 운용할 수 있는 중공사막 모듈에 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 연료, 촉매, 전해질 등의 종류나 운전 온도가 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작하며, 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에, 소규모 거치형 발전 장비뿐만 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 Eletrolyte 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 가습 막 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 가습기를 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.

이러한 중공사막 모듈을 구성하는 하우징은 단면이 원형, 타원형 또는 사각형 등의 다각형인 소정 길이의 통형으로 형성되어 중공사막 모듈의 외형을 구성하는데, 단면이 원통형인 하우징의 경우에는 균일한 압력 분산에 의해 고압 운전시에도 형태 변형이 미미하다. 그런데 연료전지 시스템 패키징을 위해 중공사막 모듈을 각형으로 구현할 필요가 있는데, 이 때 하우징을 각형으로 형성하는 경우에는 내부에서 발생하는 고압으로 인해 하우징에 손상이 발생할 수 있다. 높은 온도 조건에서 하우징에 지속적으로 높은 압력이 불균일하게 작용하면, 하우징은 압력에 의해 내부가 부풀어 올라 변형이 발생하며, 변형이 발생한 이후 하우징 벽면에 크랙이 발생하여 파손될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 하우징에 압력 분산용 리브를 적용하거나 플라스틱 대신 금속 재질의 하우징을 적용하지만 효과가 미미하거나 한계가 있었다.

본 발명의 일측면은 하우징의 내벽면에 작용하는 힘의 방향을 균일하게 분산시킴으로써 지속적이거나 갑작스러운 고압 충격에도 변형되거나 파손되지 않는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 일측면은 하우징 외벽 설계 최적화를 통해 모듈의 내압성을 높이고 신뢰성을 확보할 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 중공사막 모듈은 하우징 및 중공사막 다발을 포함한다. 하우징의 일단부에는 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 타단부에는 내부를 제1 유체가 빠져나가는 유출구가 형성되며, 제1 유체의 흐름 방향으로 연장 형성된다. 중공사막 다발은 제2 유체가 내부로 흐르도록 상기 하우징의 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막을 포함하며, 하우징의 내부에 삽입되는 적어도 하나 이상 구비된다. 그리고 하우징은 단면이 다각형으로 형성된 다각기둥 형상이며, 다각기둥 형상에서 각 옆면은 곡면으로 형성된다.

본 발명에 따른 중공사막 모듈에 있어서, 하우징의 각 옆면은 일정한 곡률을 갖는 것이 바람직하다.

하우징의 각 옆면은 중심부를 기준으로 길이방향으로 대칭인 것이 바람직하다.

하우징의 각 옆면은 곡률반경 R이 길이 L에 대하여 L ≤ R ≤ 20L의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

하우징 각 옆면의 길이 L은 두께 T에 대하여 L ≥ 20T의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예들에 따르면 하우징의 내벽면에 작용하는 힘의 방향을 분산시킴으로써 지속적이거나 갑작스러운 고압 충격에도 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면 하우징 외벽 설계 최적화를 통해 모듈의 내압성을 높이고 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 일부를 분해한 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 하우징에 작용하는 압력을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 일부를 분해한 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ선에 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 하우징에 작용하는 압력을 나타내는 개념도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 중공사막 모듈에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 일부를 분해한 분해사시도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈(100)은 하우징(110) 및 중공사막 다발(120)을 포함하여 구성된다.

하우징(110)은 중공사막 모듈(100)의 외형을 이루며, 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 알루미늄, 철, 스테인리스, 티타늄 등을 포함하는 금속으로 이루어질 수 있다.

하우징(110)은 단부에는 제1 유체가 유입되는 유입구(111)가 형성되고, 하우징(110)의 타단부에는 제1 유체가 빠져나가는 유출구(112)가 형성되어 있다. 하우징(110)의 내부는 제1 유체가 흐르는 유로 역할을 하며, 제1 유체가 하우징(110)에 체류하는 시간을 증가시킬 수 있도록 제1 유체가 흐르는 방향(x축 방향)으로 소정 길이 연장 형성되어 있다.

하우징(110)에 형성되는 유입구(111) 및 유출구(112)는 각각이 하우징(110)의 일측에 나란하게 배치될 수도 있으나, 하우징(110)의 대각선 방향에 배치될 수도 있다.

하우징(110)은 단면이 다각형으로 형성된 다각기둥 형상이며, 다각기둥 형상에서 각 옆면(110a)이 곡면을 이루되 도 2에 도시된 바와 같이 중심부가 내부로 오목하게 만곡된 곡면으로 형성될 수 있다. 각 옆면(110a)은 직사각형으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 하우징(110)의 단면은 직사각형을 예시로 하였으나, 이에 한정하지 않으며 사각형, 정사각형, 사다리꼴형, 평행사변형, 오각형, 육각형 등 다양한 다각형 중에서 선택할 수 있다. 다각형은 모서리가 라운드진 형태로 형성될 수도 있다. 또한 옆면(110a)이 직사각형으로 형성된 경우, 장변측 및 단변측 옆면 모두 곡면으로 형성될 수도 있고, 상대적으로 면적이 큰 장변측 옆면만 곡면으로 형성될 수도 있다.

하우징의 각 옆면(110a)은 일정한 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며, 이 경우 하우징의 전체 길이에 대해 곡률반경 R이 일정하다. 하우징의 옆면(110a)은 도 2에 도시된 바와 같이 중심부를 기준으로 길이방향으로 전후(x축 방향) 또는 좌우(y축 방향)로 대칭으로 형성될 수 있으며, 또한 옆면(110a)에서 가장 볼록한 지점은 옆면 형상의 무게중심점일 수 있다. 옆면부(110a)가 이와 같이 형성되면, 내벽면에 작용하는 힘의 방향을 효과적으로 분산시킬 수 있다.

하우징의 각 옆면(110a)은 곡률반경 R이 길이 L에 대하여 L ≤ R ≤ 20L의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 길이 L이 곡률반경 R보다 작은 경우에는 옆면이 지나치게 만곡되어 오히려 내부 압력을 균일하게 분산시키기 어렵고, 길이 L이 곡률반경 R보다 큰 경우에는 옆면이 평면에 가까워지면서 옆면을 만곡 형성한 효과가 미미하게 된다.

또한 하우징의 각 옆면(111a)의 길이 L은 두께 T에 대하여 L ≥ 20T의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 길이 L은 20T보다 작은 경우에는 두께 대비 길이가 짧기 때문에, 두께에 의해 하우징 옆면이 내부 압력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 옆면을 만곡 형성한 효과가 미미하게 된다.

커버(140, 140')는 하우징(110)의 양단에 각각 조립되어 중공사막 모듈(100)의 외형을 이루며, 제2 유체가 하우징(110)으로 유입되는 유입구(141) 및 제2 유체가 하우징(110)으로부터 빠져나가는 유출구(142)를 구비한다. 유입구(141) 및 유출구(142)는 모두 동일한 방향에 배치될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(110)에 형성된 유입구(111) 및 유출구(112)와 동일한 방향에 배치될 수 있다. 유체가 유출입하는 구성들이 이와 같이 모두 동일한 방향에 배치되면, 중공사막 모듈(100)이 연료전지 시스템에 배치될 때 공간적인 이점을 가져 연료전지 시스템을 소형화하기 용이하다. 커버(140)는 하우징(110)과 같이 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 알루미늄, 철, 스테인리스, 티타늄 등을 포함하는 금속으로 이루어질 수 있다.

중공사막 다발(120)은 복수의 중공사막(121)이 집적되어 형성된 것이며, 하우징(110)의 내부에 길이방향을 따라 삽입된다. 중공사막(121)은 제2 유체가 내부로 흐르도록 하우징(110)의 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막을 포함하며, 중공사막은(121)은 수분을 선택적으로 통과시킨다. 중공사막(121)의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다. 중공사막 다발(120)은 그 전체 부피에 대해 중공사막(121)을 30 내지 60 부피%를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 중공사막 다발은 메쉬망으로 둘러싸여 형성될 수 있다.

본 실시예에서 중공사막 다발(120)은 하우징(110)에 1개가 삽입된 것을 예시로 하였으나, 중공사막 모듈(100)의 용량에 따라 복수개가 하우징(110)의 내부에 삽입될 수 있다.

포팅부(130)는 중공사막(121)들의 단부들을 서로 연결시키며, 중공사막(121)들 사이의 공극을 메운다. 또한, 포팅부(130)는 하우징(110)의 단부 내면에 접착되어, 포팅부(130)와 하우징(110) 단부 사이의 공간에 흐르는 제2 유체와, 포팅부(130)와 하우징(110) 중간 사이의 공간에 흐르는 제1 유체가 서로 섞이지 않도록 한다.

포팅부(130)는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘 수지와 같은 액상의 합성수지를 경화시켜 형성된다. 한 쌍의 포팅부(130)가 하우징(110)의 양단에 접착되므로, 중공사막 다발(120)의 양 단부가 하우징(110)에 고정된다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 동작 및 효과에 대해 설명한다.

고온다습한 가습유체(제1 유체)가 유입구(111)를 통해 하우징(110) 내부로 유입되며, 상대적으로 저온 건조한 피가습 유체(제2 유체)는 다른 유입구(141)를 통해 유입된다. 피가습 유체는 중공사막(121) 내부로 유입되어 중공사막(121)을 따라 흐르고, 가습 유체는 하우징(110)을 유로로 하여 중공사막(121) 외부로 흐른다.

이와 같이 가습 유체와 피가습 유체가 흐르면, 중공사막(121) 내외에서 습도 차이가 발생하게 된다. 이러한 중공사막(121) 내외의 습도 차이로 인해 가습 유체의 수분이 중공사막(121)의 막표면을 통해 중공부로 선택적으로 투과하게 되고, 중공사막(121)의 중공부를 따라 이동한다. 따라서 유입시 저온 건조했던 피가습 유체는 유출구(142)를 통해 하우징(110)의 외부로 배출시 습도가 높아지게 된다. 이와 같이 높은 습도를 갖는 유체는 연료전지로 공급된다.

반면 고온 가습 유체는 하우징(110)을 따라 흐르면서 수분을 상실하게 되어 점차적으로 건조하게 되며, 이렇게 건조된 가습 유체는 배출구(112)를 통해 외부로 배출된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 하우징에 작용하는 압력을 나타내는 개념도이다.

이와 같이 열 및 수분 교환을 할 때 하우징(110) 내부의 압력과 온도가 높아지고 또한 지속적으로 압력이 작용하면, 하우징(110)은 압력에 의해 내부가 부풀어 올라 변형이 발생할 수 있다. 이 때 내부 압력은 도 3a에 도시된 바와 같이 하우징 모서리 측이 받는 내부 압력(P_E)은 하우징 중심부 측이 받는 내부 압력(P_C)보다 작기 때문에, 종래 기술과 같이 옆면(111a)이 평면인 경우에는 옆면(111a)가 보다 쉽게 변형될 수 있다.

본 실시예와 같이 옆면(111a)가 내부로 오목한 곡면으로 형성되면, 도 3b에 도시된 바와 같이 오목하게 만입되었던 곡면이 융기하면서 보다 평면에 가까운 형태로 변형되기 때문에, 옆면(111a)이 부풀어 올라 변형되거나 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 일부를 분해한 분해사시도이며, 도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ선에 따라 절단한 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈(200)은 하우징(210) 및 중공사막 다발(120)을 포함하여 구성된다.

제2 실시예에 따른 중공사막 모듈(200)은 하우징(210)이 변형된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의에 따른 중공사막 모듈(200)과 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.

하우징(210)은 단면이 다각형으로 형성된 다각기둥 형상이며, 다각기둥 형상에서 각 옆면(210a)이 곡면을 이루되, 도 5에 도시된 바와 같이 중심부가 외부로 볼록하게 돌출된 곡면으로 형성될 수 있다. 각 옆면(210a)은 직사각형으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 하우징(210)의 단면은 직사각형을 예시로 하였으나, 이에 한정하지 않으며 사각형, 정사각형, 사다리꼴형, 평행사변형, 오각형, 육각형 등 다양한 다각형 중에서 선택할 수 있다. 다각형은 모서리가 라운드진 형태로 형성될 수도 있다.

하우징의 각 옆면(210a)은 일정한 곡률을 갖도록 형성될 수 있으며, 이 경우 하우징의 전체 길이에 대해 곡률반경 R이 일정하다. 하우징의 옆면(210a)은 도 5에 도시된 바와 같이 중심부를 기준으로 길이방향으로 전후(x축 방향) 또는 좌우(y축 방향)로 대칭으로 형성될 수 있으며, 또한 옆면(210a)에서 가장 볼록한 지점은 옆면 형상의 무게중심점일 수 있다. 옆면부(210a)가 이와 같이 형성되면, 내벽면에 작용하는 힘의 방향을 효과적으로 분산시킬 수 있다.

하우징의 각 옆면(210a)은 곡률반경 R이 길이 L에 대하여 L ≤ R ≤ 20L의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 길이 L이 곡률반경 R보다 작은 경우에는 옆면이 지나치게 만곡되어 오히려 내부 압력을 균일하게 분산시키기 어렵고, 길이 L이 곡률반경 R보다 큰 경우에는 옆면이 평면에 가까워지면서 옆면을 곡면으로 형성한 효과가 미미하게 된다.

또한 하우징의 각 옆면(111a)의 길이 L은 두께 T에 대하여 L ≥ 20T의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 길이 L은 20T보다 작은 경우에는 두께 대비 길이가 짧기 때문에, 두께에 의해 하우징 옆면이 내부 압력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 옆면을 곡면으로 형성한 효과가 미미하게 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 하우징에 작용하는 압력을 나타내는 개념도이다.

이와 같이 열 및 수분 교환을 할 때 하우징(210) 내부의 압력과 온도가 높아지고 또한 지속적으로 압력이 작용하면, 하우징(210)은 압력에 의해 내부가 부풀어 올라 변형이 발생할 수 있다. 이 때 본 실시예와 같이 옆면(211a)이 외부로 볼록한 곡면으로 형성되면, 내부 압력은 도 6에 도시된 바와 같이 하우징 모서리 측이 받는 내부 압력(P_E)과 하우징 중심부 측이 받는 내부 압력(P_C)을 동일하게 분산시킬 수 있기 때문에, 옆면(211a)이 변형되거나 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 중공사막 모듈을 제조한 실시예와, 비교예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

아래 실시예 중에서, 하우징의 각 옆면의 중심부가 내부로 오목하게 만곡된 곡면으로 형성된 실시예는 '오목형', 하우징의 각 옆면의 중심부가 외부로 볼록하게 만곡된 곡면으로 형성된 실시예는 '볼록형'이라고 지칭한다.

<실시예 1>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 750 mm인 오목형으로 제작하여 R/L이 3이 되도록 한다.

하우징 몸체 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 중공사막 다발의 사이 공간 및 중공사막 다발과 하우징 몸체 사이 공간에 포팅용 조성물을 주입한 후, 경화시켜 실(seal)하였다. 포팅부 형성용 캡을 제거한 후, 경화된 중공사막 포팅용 조성물의 끝단을 절단하여 중공사막 다발의 끝단이 포팅부 절단부에 드러나도록 하여 포팅부를 형성한 후, 하우징 몸체의 양단부에 각각 하우징 캡을 씌워 중공사막 모듈을 제조하였다. 이하 후술하는 실시예 및 비교예도 동일한 방법으로 포팅 등을 작업하여 중공사막 모듈을 제조하였다.

<실시예 2>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 2000 mm인 오목형으로 제작하여 R/L이 8이 되도록 한다.

<실시예 3>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 4500 mm인 오목형으로 제작하여 R/L이 18이 되도록 한다.

<실시예 4>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 750 mm인 볼록형으로 제작하여 R/L이 3이 되도록 한다.

<실시예 5>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 2000 mm인 볼록형으로 제작하여 R/L이 8이 되도록 한다.

<실시예 6>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm)인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다. 하우징은 길이(L)가 250 mm, 곡률반경(R)이 4500 mm인 볼록형으로 제작하여 R/L이 18이 되도록 한다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6
곡면형태	오목형	오목형	오목형	볼록형	볼록형	볼록형
R/L	3	8	18	3	8	18

<각 실시예의 형상>

<비교예>

폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 형성한 후, 단면이 직사각형(가로 : 200 mm, 세로 150 mm), 길이가 250 mm인 하우징 몸체 내부에 배치시켰다.

상기 각 실시예 및 비교예의 하우징 내부에 온도 70℃ 인 공기를 일정 압력(1 bar, 2 bar, 3 bar, 4bar) 조건으로 가압하여 2분간 유지하고 압력을 풀어주는 공정을 30회 반복하였다. 그리고 나서 각 실시예 및 비교예의 하우징에 균열이 발생하였는지 여부를 확인하였다. 균열 유무는 하우징에 1bar의 압력을 가해 주면서 수몰하여 기포가 발생되는지 여부로써 확인하였다. 기포가 발생하는 것에 의해 하우징에 균열이 형성된 것을 알 수 있다.

실시예 및 비교예들의 균열 발생 여부를 하기 표 2에 나타내었다.

가압조건	균열유무
	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	비교예
1 bar	o	o	o	o	o	o	o
2 bar	o	o	o	o	o	o	x
3 bar	o	o	o	o	o	o	x
4 bar	o	o	o	o	o	o	x

상기 표 2에 기재된 바와 같이, 실시예들은 1 ~ 4 bar의 가압조건에서도 균열이 발생하지 않았으나, 비교예는 1 bar의 가압조건에서만 균열이 발생하지 않았을 뿐 2 bar 이상의 가압조건에서는 균열이 발생하였음을 알 수 있다.

상술한 설명에서 서로 다른 요소들 간의 결합 또는 접합(접속)시에는 이들 간을 결합시키기 위한 별도의 결합 부재를 구비한다. 또한, 필요에 따라 접합면에서의 누설을 방지하기 위한 별도의 밀봉 수단이 더 추가될 수도 있다. 또한, 결합 공정의 편의와 누설 방지를 위해 끼워맞춤 형태의 소정의 돌기 또는 홈 등이 형성될 수도 있다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

100 : 중공사막 모듈
110 : 하우징 111 : 유입구
112 : 유출구 120 : 중공사막 다발
121 : 중공사막 130 : 포팅부
140, 140' : 커버

Claims (7)

1. 일단부에는 제1 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 타단부에는 내부를 상기 제1 유체가 빠져나가는 유출구가 형성되며, 상기 제1 유체의 흐름 방향으로 연장 형성된 하우징; 및
   제2 유체가 내부로 흐르도록 상기 하우징의 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막을 포함하며, 상기 하우징의 내부에 삽입되는 적어도 하나 이상의 중공사막 다발;을 포함하며,
   상기 하우징은,
   단면이 다각형으로 형성된 다각기둥 형상이며, 상기 다각기둥 형상에서 각 옆면은 곡면으로 형성되고,
   상기 각 옆면은 상기 하우징의 전체 길이에 대해 일정한 곡률반경을 가지며 그 중심부를 기준으로 상기 하우징의 길이방향의 전후 및 좌우 각각으로 대칭인,
   중공사막 모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 옆면 모두는 중심부가 내부로 오목하게 만곡된 곡면으로 형성되는 중공사막 모듈.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 옆면 모두는 중심부가 외부로 볼록하게 만곡된 곡면으로 형성되는 중공사막 모듈.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 하우징의 각 옆면은
   곡률반경 R이 길이 L에 대하여 L ≤ R ≤ 20L의 관계식을 만족하는 중공사막 모듈.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 하우징 각 옆면의 길이 L은 두께 T에 대하여 L ≥ 20T의 관계식을 만족하는 중공사막 모듈.

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