KR102186187B1 - 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈 - Google Patents

중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오픈형 중공사막 카트리지를 이용한 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법은,
중공사막 카트리지를 준비하는 단계; 상기 중공사막 카트리지를 오픈하는 단계; 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계; 및, 상기 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징하는 단계를 포함한다.

Description

중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈 {Method of hollow fiber membrane module and hollow fiber membrane module using it}
본 발명은 오픈형 중공사막 카트리지를 이용한 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 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 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 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.
그러나, 중공사막을 이용한 가습기의 경우, 그 용량을 높이기 위하여 중공사막을 다수 집적하게 되는데, 이때 중공사막의 외부로 흐르는 기체 흐름이 고집적된 중공사막에 의한 저항으로 가습기 내부 전체에 균일하게 형성되지 못하게 된다.
이를 개선하기 위해, 중공사막 모듈을 다수의 카트리지 형태로 구현하고, 이를 막 가습기 하우징 내에 장착하여 기체 흐름이 균일하게 되도록 하고 있다. 즉, 중공사막 다발을 개개의 카트리지 내부에 수용하고, 다수개의 카트리지를 막 가습기 하우징 내에 장착함으로써, 유입된 기체가 카트리지 내부를 흐르도록 하여 기체 흐름이 균일하게 되도록 하고 있다.
그러나, 종래의 카트리지 방식은 다음과 같은 제조상의 문제점이 있다.
종래의 카트리지 방식은 상하가 개방되고, 측면이 밀폐된 밀폐형 카트리지를 사용한다. 따라서, 카트리지를 세운 상태에서 건조 상태의 중공사막을 카트리지의 길이 방향으로 삽입하여야 한다. 만약, 습한 상태의 중공사막을 삽입하면, 삽입 도중에 휘어지게 된다.
건조된 복수개의 중공사막을 카트리지 내부로 삽입하는 과정에서 이미 삽입된 중공사막과 삽입중인 중공사막 간의 마찰, 삽입중에 발생하는 외란 등의 여러 원인에 의해 중공사막이 파손되는 문제가 있다.
또한, 건조된 상태의 중공사막을 카트리지 내에 파손없이 삽입하기 위해, 다소 듬성하게 삽입하여야 하기 때문에, 중공사막의 패킹 밀도(PD, Packing Density)가 떨어진다는 문제가 있다.
또한, 중공사막을 카트리지 내에 파손없이 삽입하기 위해 작업자는 신중을 기해야 하고, 그에 따라 공정 시간 및 인력이 많이 소요되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0013304호 대한민국 공개특허 제10-2009-0057773호 대한민국 공개특허 제10-2009-0128005호 대한민국 공개특허 제10-2010-0108092호 대한민국 공개특허 제10-2010-0131631호 대한민국 공개특허 제10-2011-0001022호 대한민국 공개특허 제10-2011-0006122호 대한민국 공개특허 제10-2011-0006128호 대한민국 공개특허 제10-2011-0021217호 대한민국 공개특허 제10-2011-0026696호 대한민국 공개특허 제10-2011-0063366호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 카트리지 내에 중공사막 다발을 삽입하는 공정에서 발생하는 중공사막 다발의 파손, 중공사막 다발의 패킹 밀도 저하를 방지할 수 있고, 공정 시간 및 인력 소요를 저감할 수 있는 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법은,
중공사막 카트리지를 준비하는 단계; 상기 중공사막 카트리지를 오픈하는 단계; 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계; 및, 상기 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 중공사막 카트리지는, 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와, 상기 바디부의 일측면에 형성된 락킹부를 포함하며, 상기 락킹부는 상기 바디부 일단에 연결 형성된 락킹 커버와, 상기 바디부 타단에 돌출 형성된 락킹 돌기를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 바디부는, 상기 락킹부에 의한 잠금 상태 해제시에 상기 중공사막 카트리지가 펼쳐질 수 있도록 하는 접이부를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 메쉬부는, 유체의 흐름 방향을 유도하는 복수의 마디와, 상기 복수의 마디에 의해 둘러싸여서 형성되는 윈도우를 포함하며, 상기 마디의 모서리 곡률은 0.7 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계에서, 상기 중공사막은 습한 상태의 중공사막인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계에서, 다수개의 중공사막으로 중공사막 다발을 형성하고, 상기 중공사막 다발 끝단을 결속하여 포팅한 후에, 상기 중공사막 카트리지 내부에 포팅된 중공사막 다발을 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 중공사막 카트리지는, 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와, 상기 바디부 일측을 상하 방향으로 슬라이딩하여 개폐하는 락킹 커버를 포함하며, 상기 바디부 일측에는 슬라이딩홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계는, 상기 락킹 커버를 상방향으로 슬라이딩하여 상기 바디부 일측을 오픈하고, 상기 중공사막을 상기 오픈된 바디부 일측과 평행한 방향으로 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈은,
제1 유체 유입구와 제1 유체 유출구 및 제2 유체 유입구와 제2 유체 유출구를 포함하는 하우징부; 및, 상기 하우징부 내부에 설치되며 복수의 중공사막이 수용된 복수개의 오픈형 카트리지;를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 오픈형 중공사막 카트리지는, 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와, 상기 바디부의 일측면에 형성된 락킹부를 포함하며, 상기 락킹부는 상기 바디부 일단에 연결 형성된 락킹 커버와, 상기 바디부 타단에 돌출 형성된 락킹 돌기를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 오픈형 중공사막 카트리지는, 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와, 상기 바디부 일측을 상하 방향으로 슬라이딩하여 개폐하는 락킹 커버를 포함하며, 상기 바디부 일측에는 슬라이딩홈이 형성된다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 카트리지가 오픈된 상태에서 중공사막을 배치하는 것이므로, 종전과 같이 밀폐형 카트리지에 중공사막을 삽입할 때 생기는 중공사막의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 배치 중에 중공사막이 파손될 우려도 없으므로 종전보다 밀도있게 중공사막을 카트리지에 배치할 수 있게 되어 중공사막 다발의 패킹 밀도(PD, Packing Density)를 향상시킬 수 있다.
또한, 오픈된 카트리지에 중공사막을 적절히 배치하기만 하면 되므로, 밀폐형 카트리지에 삽입하는 경우보다는 작업자의 수고를 경감시킬 수 있게 되어, 그에 따라 공정 시간 및 인력 소모를 방지할 수 있다.
또한, 종전의 중공사막 삽입 공정은 밀폐형 카트리지에 중공사막을 삽입하기 위해 반드시 건조된 중공사막을 사용하여야 하는데, 본 발명의 경우, 중공사막을 삽입하는 것이 아니라, 오픈된 상태의 카트리지에 중공사막을 배치하는 것이므로, 중공사막을 건조시킬 필요가 없게 됨에 따라, 건조 공정이 생략되어 전체적인 공정 시간 및 인력 소모를 방지할 수 있다.
또한, 종래에는 중공사막의 단선을 방지하기 위해 별도의 메쉬망이 필요하였으나, 본 발명의 카트리지는 메쉬부를 구비하여 중공사막의 단선을 방지할 수 있으므로, 별도의 메쉬망이 필요하지 않게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법이 도시된 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법에 사용되는 오픈형 중공사막 카트리지가 도시된 사시도이다.
도 3은 도 2의 오픈형 중공사막 카트리지가 오픈된 상태(펼쳐진 상태)가 도시된 평면도이다.
도 4는 오픈형 중공사막 카트리지의 다른 실시예가 도시된 사시도이다.
도 5는 도 2의 A-A'라인 단면도로서, 메쉬부를 통해 유입되는 유체의 흐름 방향이 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 분해 사시도이다.
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 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법이 도시된 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법에 사용되는 오픈형 중공사막 카트리지가 도시된 사시도이고, 도 3은 도 2의 오픈형 중공사막 카트리지가 오픈된 상태(펼쳐진 상태)가 도시된 평면도이고, 도 4는 오픈형 중공사막 카트리지의 다른 실시예가 도시된 사시도이고, 도 5는 도 2의 A-A'라인 단면도로서, 메쉬부를 통해 유입되는 유체의 흐름 방향이 도시된 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈 제조방법은, 중공사막 카트리지를 준비하는 단계(S100), 중공사막 카트리지를 오픈하는 단계(S200), 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계(S300) 및, 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징하는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 중공사막 카트리지를 준비한다. (S100)
본 발명에서 사용되는 중공사막 카트리지는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 오픈형 중공사막 카트리지(100, 이하 '카트리지'라고도 함)이다.
상기 카트리지(100)는 상부와 하부에 각각 메쉬부(130)가 형성된 바디부(110)와 바디부(110)의 일측면에 형성된 락킹부(120)를 포함한다.
바디부(110)는 양측면이 라운딩처리된 직육면체 형상이거나, 또는 단면이 원형인 원통형 형상, 단면이 타원인 타원통형 형상일 수 있다. 바디부(110)는 치수 안정성 및 수지 흐름성이 좋고, 열변형에 강한 소재인 것이 바람직하다. 이러한 소재로는, 예를 들어, ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), 나일론 등이 있다.바디부(110)는 락킹부(120)에 의한 잠금 상태 해제시에 카트리지(100)가 펼쳐질 수 있도록 하는 접이부(111)를 포함한다. 접이부(111)는 바디부(110)의 내측에 형성된 V자 홈, 또는 U자 홈으로 이루어질 수 있다.
바디부(110)는 카트리지(100)가 하우징부(200)에 삽입되었을 때, 카트리지(100)가 하우징부(200)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지 후크(112)를 포함한다. 이탈방지 후크(112)는 바디부(110)의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 소정 길이로 돌출된 돌기 형태로 이루어질 수 있다.
락킹부(120)는 바디부(110)의 일측면에 형성될 수 있다. 락킹부(120)는 펼쳐진 상태의 바디부(110) 일단에 연결 형성된 락킹 커버(121)와, 바디부(110) 타단에 돌출 형성된 락킹 돌기(122)를 포함한다. 이에 한정되지 않고, 락킹부(120)는 락킹 커버(121)에 락킹 돌기(미도시)가 형성되고, 바디부에 락킹 돌기가 끼워지는 락킹 홈(미도시)으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 락킹부(120)는 바디부(110)의 일측 전면을 개방하는 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 락킹부(120)는 바디부(110) 일측 전면을 개폐하는 곡면 형상의 락킹 커버(121)와 바디부(110)에 돌출 형성된 락킹 돌기(122)를 포함한다. 이 경우, 바디부(110)에 접이부(111)가 형성될 필요가 없어서 카트리지(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도시되어 있지는 않지만, 락킹부(120)는 바디부(110)의 일측을 슬라이딩하는 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 락킹부(120)는 바디부(110) 일측을 상하 방향으로 슬라이딩하여 개폐하는 곡면 형상의 락킹 커버와 이 락킹 커버가 슬라이딩할 수 있도록 바디부 일측에 형성된 슬라이딩홈(미도시)으로 이루어질 수 있다. 이 경우에도, 바디부(110)에 접이부(111)가 형성될 필요가 없어서 카트리지(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
메쉬부(130)는 바디부(110)의 상부와 하부에 각각 형성된다. 메쉬부(130)는 후술하는 제2 유체 유입구(231)에서 유입된 다습한 제2 유체를 윈도우(132)를 통해 카트리지(100) 내부로 유입하여 카트리지(100) 내부에서 제1 유체 유입구(231)에서 유입된 건조한 제1 유체와 수분 교환이 일어나도록 한다. 메쉬부(130)는 유입된 제2 유체의 일부가 카트리지(100) 내부에 배치된 중공사막에 직접 충돌하는 것을 방지하여 중공사막이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 메쉬부(130)를 이루는 각각의 마디(131)는 유입된 제2 유체의 흐름 방향을 유도하여, 마디(131) 바로 하부에 위치된 중공사막 다발의 손상을 방지할 수 있다. 이때, 각각의 마디(131)의 모서리 곡률(R)에 따라 중공사막 다발이 손상되는 정도는 상이하며, 테스트 결과 아래 [표 1]와 같은 결과를 얻었다.
R 단선 개수
0.3 1800가닥 중 23개
0.5 1800가닥 중 19개
0.7 1800가닥 중 8개
0.9 1800가닥 중 없음
상기 [표 1]을 참조하면, 마디(131)의 모서리 곡률(R)은 0.7 이상인 것이 바람직하다. 모서리 곡률(R)이 0.5이하인 경우, 중공사막 다발 총수의 1% 이상 단선이 발생하여, 전체적인 가습 효율에 악영향을 미칠 수 있으나, 0.7이상인 경우, 극히 일부의 중공사막만 단선되어 전체적인 가습 효율에 미치는 영향은 미미하다.
메쉬부(130)의 길이(L2+L3)는 카트리지 전체 길이(L1)의 10 ~ 70%가 되도록 하고, 마디(131)에 의해 둘러싸여서 형성되는 윈도우(132)의 총면적은 전체 카트리지 면적의 30 ~ 70%가 되도록 한다. 윈도우(132)의 총면적이 70%를 초과하면, 제2 유체 유입구(231)에서 유입된 다습한 제2 유체가 중공사막을 통해 수분을 전달할 수 있는 공간이 작아져서 전체적인 가습 효율에 악영향을 미치게 된다.
한편, 종래에는 중공사막의 단선을 방지하기 위해 별도의 메쉬망이 필요하였으나, 본 발명의 카트리지(100)는 메쉬부(130)를 구비하여 중공사막의 단선을 방지할 수 있으므로, 별도의 메쉬망이 필요하지 않게 된다.
다음으로, 상기와 같이 준비된 카트리지(100)를 오픈한다. (S200)
바디부(110) 측면에 형성된 락킹부(120)를 당겨서 락킹 커버(121)와 락킹 돌기(122)의 결합 상태를 해제하여 카트리지(100)를 오픈한다.
바디부(110)가 슬라이딩 방식으로 구현된 경우, 락킹 커버(121)를 상방향으로 슬라이딩하여 바디부(110) 측면을 오픈한다.
다음으로, 중공사막 카트리지(100)가 오픈된 상태에서, 카트리지(100) 내부에 중공사막을 배치한다. (S300) 이때, 건조 상태의 중공사막을 배치할 수도 있으나, 습한 상태의 중공사막을 배치할 수도 있다.
중공사막을 세정한 후, 이를 충분히 건조하여 건조 상태의 중공사막을 카트리지(100)에 배치한다. 도 3에 도시된 오픈된 상태의 바디부(110)의 오른쪽 바디부(110a, 락킹 커버가 형성된 부분)에 중공사막을 배치한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 락킹부(120)가 바디부(110)의 일측 전면을 개방하는 방식으로 구현된 경우, 또는 락킹부(120)가 바디부(110)의 일측을 슬라이딩하는 방식으로 구현된 경우, 바디부(110) 일측 전면을 오픈하고, 오픈된 바디부 일측 전면이 상방향을 향하도록 카트리지(100)를 위치시키고, 중공사막(H)의 길이 방향을 오픈된 바디부 일측과 평행한 방향으로 삽입(도 4의 화살표 방향)하여 카트리지(100) 내부에 중공사막을 용이하게 배치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 카트리지가 오픈된 상태에서 중공사막을 배치하는 것이므로, 종전과 같이 밀폐형 카트리지에 중공사막을 삽입할 때 생기는 중공사막의 파손이 발생하지 않는다.
또한, 배치 중에 중공사막이 파손될 우려도 없으므로 종전보다 밀도있게 중공사막을 카트리지에 배치할 수 있게 되어 중공사막 다발의 패킹 밀도(PD, Packing Density)를 향상시킬 수 있다.
또한, 오픈된 카트리지에 중공사막을 적절히 배치하기만 하면 되므로, 밀폐형 카트리지에 삽입하는 경우보다는 작업자의 수고를 경감시킬 수 있게 되어, 그에 따라 공정 시간 및 인력 소모를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명과 같이 오픈형 카트리지를 사용할 경우, 세정후 습한 상태의 중공사막을 건조시키지 않고 카트리지(100) 내부에 배치할 수 있다. 즉, 종전의 중공사막 삽입 공정은 밀폐형 카트리지에 중공사막을 삽입하기 위해 반드시 건조된 중공사막을 사용하여야 하는데, 본 발명의 경우, 중공사막을 삽입하는 것이 아니라, 오픈된 상태의 카트리지에 중공사막을 배치하는 것이므로, 중공사막을 건조시킬 필요가 없다. 이에 따라 건조 공정이 생략되어 전체적인 공정 시간 및 인력 소모를 방지할 수 있다.
다음으로, 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징한다. (S400)
도 3에 도시된 바와 같은 오픈된 상태의 카트리지에서 락킹 돌기(122)가 형성된 왼쪽 바디부(110b)를 접은 다음, 락킹 커버(121)와 락킹 돌기(122)를 체결하여 카트리지를 클로징한다. 락킹부(120)가 슬라이딩 방식으로 구현된 경우, 락킹 커버(121)를 하방향으로 슬라이딩하여 바디부(110) 측면을 클로징한다.
카트리지를 클로징한 후, 중공사막 끝단을 결속하여 포팅한다. 포팅 과정을 통해, 중공사막들 간의 공극을 메운다.
한편, 포팅 과정은 상기와 같이, 카트리지를 클로징한 후에 할 수 있으나, 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계(S300)에서도 할 수 있다. 즉, 다수개의 중공사막으로 중공사막 다발을 형성하고, 중공사막 다발 끝단을 결속하여 포팅한 후에, 카트리지 내부에 포팅된 중공사막 다발을 배치할 수도 있다.
상기와 같은 과정으로, 오픈형 중공사막 카트리지 내부에 중공사막을 배치하고 클로징하여 카트리지(100)를 제조한다. 카트리지(100)를 다수개 제조한 후, 도 6에 도시된 바와 같은 하우징부(200) 내에 배치시킨다.
다음으로 도 6를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈을 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈(10)은 하우징부(200) 내에 복수개의 카트리지(100)가 배치되고, 중공사막은 카트리지 내에 수용된다. 여기서 상기 카트리지(100)는 전술한 방법으로 제조되며, 상부와 하부에 각각 메쉬부(130)가 형성된 바디부(110)와 바디부(110)의 일측면에 형성된 락킹부(120)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈(10)은, 하우징부(200), 하우징부(200) 내부에 설치되며 다수의 중공사막이 수용된 다수개의 카트리지(100)를 포함한다.
하우징부(200)는 중공사막 모듈(10)의 외형을 이룬다. 하우징부(200)는 하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220)들을 포함할 수 있고, 이들이 결합된 일체형일 수도 있다. 하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220)들은 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220)들은 폭 방향 단면 형상이 다각형이거나, 또는 원형일 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.
하우징 몸체(210)의 양단에는 각각 제2 유체가 공급되는 제2 유체 유입구(231)와 제2 유체가 배출되는 제2 유체 유출구(232)가 형성되어 있다.
하우징부(200)의 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된 복수의 카트리지(100)가 배치된다. 여기서 상기 중공사막의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
카트리지(100)의 양단부에는 중공사막들을 결속하면서 중공사막들의 사이의 공극을 메우는 포팅부(미도시)가 형성된다. 이로써, 카트리지(100)는 양단부가 포팅부에 막히어 그 내부에는 제2 유체가 통과하는 유로가 형성된다. 포팅부의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 하우징 캡(220)은 하우징 몸체(210)의 각 양단에 결합된다. 각각의 하우징 캡(220)에는 제1 유체 유입구(221) 및 제1 유체 유출구(222)가 형성되어 있다. 일측 하우징 캡(220)의 제1 유체 유입구(221)로 유입된 제1 유체는 카트리지 내부로 유입되어 중공사막의 내부 관로를 통과하고 카트리지 외부로 유출된 후, 타측 하우징 캡(220)의 제1 유체 유출구(222)로 빠져나가게 된다.
하우징부(200) 내에는 카트리지(100)가 장착될 수 있는 다수개의 삽입구(240)가 형성되고, 각각의 삽입구(240)에는 카트리지(100)가 삽입된다. 이때, 카트리지(100)에 형성된 이탈방지 후크(112)의 돌출된 돌기가 삽입구(240) 끝단에서 돌출되면서 카트리지(100) 장착이 완료되고, 이탈방지 후크(112)의 돌출된 돌기에 의해 역방향으로의 인출이 방지되어 삽입구(240)에 장착된 카트리지(100)가 역방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있게 된다.
수리, 세척의 이유로 카트리지(100)를 삽입구(240)로부터 인출하고자 하는 경우, 강한 힘으로 돌출된 돌기를 누른 상태에서 카트리지(100)를 삽입 반대 방향으로 밀어서 인출할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 중공사막 모듈에서 제1 유체 및 제2 유체의 수분 교환 과정에 대해 설명한다. 아래의 설명에서 제1 유체는 저습의 유체이며 제2 유체는 고습의 유체일 수 있다. 또는, 제2 유체가 저습의 유체이고, 제1 유체가 고습의 유체일 수도 있다.
제1 유체는 일측 하우징 캡(220)의 제1 유체 유입구(221)를 통하여 하우징부(200) 및 카트리지(100) 내로 공급되어 중공사막들의 내부로 흘러서 타측의 하우징 캡(220)의 제1 유체 유출구(222)를 통하여 중공사막 모듈(10) 외부로 배출된다. 한편, 제1 유체는 제1 유체 유출구(222)로 유입되어 제1 유체 유입구(221)로 배출되는 방향으로 흐르는 것도 가능하다.
제2 유체는 하우징 몸체(210)의 제2 유체 유입구(231)를 통하여 상기 하우징 몸체(210) 로 공급된 후, 카트리지(100)의 메쉬부(130a)를 통하여 중공사막들의 외부로 흘러 카트리지(100)의 메쉬부(130b)를 통하여 하우징 몸체(210) 로 배출된 후, 하우징 몸체(210)의 제2 유체 유출구(232)를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 제2 유체는 제2 유체 유출구(232)로 유입되어 제2 유체 유입구(231)로 배출되는 방향으로 흐르는 것도 가능하다. 즉, 상기 제1 유체와 제2 유체는 서로 반대 방향으로 흐를 수도 있고, 같은 방향으로 흐를 수도 있다.
제1 유체와 제2 유체는 각각 중공사막의 내부와 외부로 흐르면서 중공사막을 통하여 수분 등의 물질 또는 열 등을 교환하게 된다.
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.
100 : 중공사막 카드리지 110 : 바디부
120 : 락킹부 130 : 메쉬부
200 : 하우징부 210 : 하우징 몸체
220 : 하우징 캡 240 : 삽입구

Claims (11)

  1. 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부를 포함하는 중공사막 카트리지를 준비하는 단계;
    상기 중공사막 카트리지를 오픈하는 단계;
    상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계; 및,
    상기 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징하는 단계
    를 포함하고,
    상기 메쉬부는,
    유체의 흐름 방향을 유도하는 복수의 마디; 및
    상기 복수의 마디에 의해 둘러싸여서 형성되는 윈도우
    를 포함하며,
    상기 마디의 모서리 곡률은 0.7 이상인,
    중공사막 모듈 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공사막 카트리지는 상기 바디부의 일측면에 형성된 락킹부를 더 포함하며,
    상기 락킹부는 상기 바디부 일단에 연결 형성된 락킹 커버와, 상기 바디부 타단에 돌출 형성된 락킹 돌기를 포함하는 중공사막 모듈 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 바디부는,
    상기 락킹부에 의한 잠금 상태 해제시에 상기 중공사막 카트리지가 펼쳐질 수 있도록 하는 접이부를 포함하는 중공사막 모듈 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계에서,
    상기 중공사막은 습한 상태의 중공사막인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계에서,
    다수개의 중공사막으로 중공사막 다발을 형성하고, 상기 중공사막 다발 끝단을 결속하여 포팅한 후에, 상기 중공사막 카트리지 내부에 포팅된 중공사막 다발을 배치하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 제조방법.
  7. 중공사막 카트리지를 준비하는 단계;
    상기 중공사막 카트리지를 오픈하는 단계;
    상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계; 및,
    상기 중공사막이 배치된 중공사막 카트리지를 클로징하는 단계
    를 포함하고,
    상기 중공사막 카트리지는,
    상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와,
    상기 바디부 일측을 상하 방향으로 슬라이딩하여 개폐하는 락킹 커버를 포함하며,
    상기 바디부 일측에는 슬라이딩홈이 형성된 중공사막 모듈 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 오픈된 중공사막 카트리지에 중공사막을 배치하는 단계는,
    상기 락킹 커버를 상방향으로 슬라이딩하여 상기 바디부 일측을 오픈하고, 상기 중공사막의 길이방향을 상기 오픈된 바디부 일측과 평행한 방향으로 삽입하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 제조방법.
  9. 제1 유체 유입구와 제1 유체 유출구 및 제2 유체 유입구와 제2 유체 유출구를 포함하는 하우징부; 및,
    상기 하우징부 내부에 설치되며 복수의 중공사막이 수용된 복수개의 오픈형 카트리지;
    를 포함하고,
    상기 복수개의 오픈형 카트리지 각각은 상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부를 포함하고,
    상기 메쉬부는,
    유체의 흐름 방향을 유도하는 복수의 마디; 및
    상기 복수의 마디에 의해 둘러싸여서 형성되는 윈도우
    를 포함하며,
    상기 마디의 모서리 곡률은 0.7 이상인,
    중공사막 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 오픈형 중공사막 카트리지는,
    상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와,
    상기 바디부의 일측면에 형성된 락킹부를 포함하며,
    상기 락킹부는 상기 바디부 일단에 연결 형성된 락킹 커버와, 상기 바디부 타단에 돌출 형성된 락킹 돌기를 포함하는 중공사막 모듈.
  11. 제1 유체 유입구와 제1 유체 유출구 및 제2 유체 유입구와 제2 유체 유출구를 포함하는 하우징부; 및,
    상기 하우징부 내부에 설치되며 복수의 중공사막이 수용된 복수개의 오픈형 카트리지;
    를 포함하되,
    상기 복수개의 오픈형 중공사막 카트리지 각각은,
    상부와 하부에 각각 메쉬부가 형성된 바디부와,
    상기 바디부 일측을 상하 방향으로 슬라이딩하여 개폐하는 락킹 커버를 포함하며,
    상기 바디부 일측에는 슬라이딩홈이 형성되는 중공사막 모듈.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023033340A1 (ko) * 2021-09-01 2023-03-09 코오롱인더스트리 주식회사 중공사막 카트리지

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102264517B1 (ko) * 2018-06-08 2021-06-11 코오롱인더스트리 주식회사 중공사막 모듈 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공사막 모듈
KR20200122211A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재
EP4183475A3 (en) * 2021-11-19 2023-08-02 K-fuelcell, Inc. Membrane humidifier for fuel cells

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101278398B1 (ko) 2007-08-01 2013-06-24 코오롱인더스트리 주식회사 중공사막 및 그 제조방법
KR101398779B1 (ko) 2007-12-03 2014-05-28 코오롱인더스트리 주식회사 내한성이 향상된 연료전지용 가습기
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KR20110006122A (ko) 2009-07-13 2011-01-20 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법
KR20110021217A (ko) 2009-08-25 2011-03-04 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법
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KR101364354B1 (ko) 2009-12-04 2014-02-18 코오롱인더스트리 주식회사 연료전지용 가습기
KR101558357B1 (ko) * 2013-08-16 2015-10-07 현대자동차 주식회사 연료 전지용 가습장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023033340A1 (ko) * 2021-09-01 2023-03-09 코오롱인더스트리 주식회사 중공사막 카트리지

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