KR102236160B1

KR102236160B1 - 중공사막 모듈

Info

Publication number: KR102236160B1
Application number: KR1020170083710A
Authority: KR
Inventors: 이진형; 김경주; 오영석; 안웅전; 안나현
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2021-04-02
Also published as: KR20190003168A

Abstract

본 발명은 하우징부 내부에서 생성되어 축적되는 응축수를 제거하여 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈은,
제1 유체 유입구와 제1 유체 유출구 및 제2 유체 유입구와 제2 유체 유출구를 포함하는 하우징부; 상기 하우징부에 배치되며, 수분을 선택적으로 통과시키는 중공사막 다발 또는 복수의 중공사막이 수용된 카트리지; 상기 중공사막 다발의 양단부 또는 상기 카트리지 양단부에 형성되며, 상기 제2 유체 유입구를 통해 유입된 제2 유체의 유동 공간을 형성하는 포팅부; 상기 제2 유체의 유동 공간에서 형성된 응축수를 가열하여 수증기를 생성하는 히터를 포함한다.

Description

중공사막 모듈 {hollow fiber membrane module}

본 발명은 연료전지 가습기로 사용되는 중공사막 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하우징부 내부에서 생성되어 축적되는 응축수를 제거하여 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 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 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.

한편, 연료 전지 시스템 구동시 발생되는 응축수는 중공사막 모듈 내부에 축적되거나, 연료 전지 시스템 구동이 중단된 경우에도 중공사막 모듈을 통하여 교환되던 열 및 수분 중 수분이 열을 잃고 중공사막 모듈 내부에 응축 된다.

이 응축수는 경우에 따라 중공사막 부분을 잠기게 하고, 시스템 구동이 중단되면, 응축수는 시스템 배관 라인으로 흘러나와 시스템에 악영향을 주는 문제가 있다. 또한, 경우에 따라 외부 온도가 낮으면 응축수에 의해 중공사막이 훼손되어 연료전지 스택의 성능을 저하시키는 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, 하우징부 내부에서 생성되어 축적되는 응축수를 제거하여 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈은,

제1 유체 유입구와 제1 유체 유출구 및 제2 유체 유입구와 제2 유체 유출구를 포함하는 하우징부; 상기 하우징부에 배치되며, 수분을 선택적으로 통과시키는 중공사막 다발 또는 복수의 중공사막이 수용된 카트리지; 상기 중공사막 다발의 양단부 또는 상기 카트리지 양단부에 형성되며, 상기 제2 유체 유입구를 통해 유입된 제2 유체의 유동 공간을 형성하는 포팅부; 상기 제2 유체의 유동 공간에서 형성된 응축수를 가열하여 수증기를 생성하는 히터를 포함한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 하우징부 내부에 설치되어 상기 응축수의 수위를 감지하는 제1 수위센서를 더 포함하며, 상기 히터는 상기 제1 수위센서로부터 감지신호를 수신하면 상기 응축수를 가열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 제1 수위센서 보다 높은 위치에 설치되어 상기 응축수의 수위를 감지하는 제2 수위센서와, 상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과, 상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며, 상기 배출 밸브는 상기 제2 수위센서로부터 감지신호를 수신하면 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 하우징부 내부에 설치되어 상기 응축수의 수압을 감지하는 수압 센서를 더 포함하며, 상기 히터는 상기 수압센서로부터 제1 감지신호를 수신하면 상기 응축수를 가열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과, 상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며, 상기 히터가 상기 제1 감지신호를 수신하여 상기 응축수를 가열하는 중에, 상기 수압센서의 감지신호가 상기 제1 감지신호 미만으로 감소하지 않으면, 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과, 상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며, 상기 히터는 상기 수압센서로부터 상기 제1 감지신호 보다 큰 제2 감지신호를 수신하면, 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 히터는 상기 중공사막 다발 또는 상기 카트리지 양단부에 형성된 상기 포팅부 사이 공간의 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 하우징부는 바닥면으로부터 돌출 형성된 돌출부를 구비하며, 상기 히터는 상기 포팅부와 상기 돌출부에 의해 형성된 공간의 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 하우징부의 바닥면은 상기 포팅부의 저면보다 아래로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 하우징부의 바닥면은 상기 포팅부의 저면보다 아래로 돌출된 형태의 요철 구조로 형성되며, 상기 하우징부는 상기 응축수가 저장되는 응축수 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 하우징부 내부에서 생성되어 축적되는 응축수를 제거하여 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈에서 하우징부의 응용예가 도시된 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이다.

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 모듈을 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈에서 하우징부의 응용예가 도시된 측단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈은, 하우징부(100), 히터(200)를 포함한다.

하우징부(100)는 중공사막 모듈(10)의 외형을 이룬다. 하우징부(100)는 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들을 포함할 수 있고, 이들이 결합된 일체형일 수도 있다. 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)들은 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다.

또한, 하우징 몸체(110)와 하우징 캡(120)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 캡(120)은 하우징 몸체(110)의 각 양단에 결합된다. 각각의 하우징 캡(120)에는 제1 유체 유입구(121) 및 제1 유체 유출구(122)가 형성되어 있다. 일측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유입구(121)로 유입된 제1 유체는 중공사막의 내부 관로를 통과한 후, 타측 하우징 캡(120)의 제1 유체 유출구(122)로 빠져나가게 된다.

하우징 몸체(110)에는 제2 유체가 공급되는 제2 유체 유입구(131)와 제2 유체가 배출되는 제2 유체 유출구(132)가 형성되어 있다.

상기에서 제1 유체는 저습의 유체이며 제2 유체는 고습의 유체일 수 있다. 또는, 제2 유체가 저습의 유체이고, 제1 유체가 고습의 유체일 수도 있다.

하우징부(100)의 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막이 수용된 복수의 카트리지(C)가 배치되거나, 또는 카트리지 형태가 아닌 중공사막 다발이 배치될 수 있다. 여기서 상기 중공사막의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.

카트리지 또는 중공사막 다발의 양단부에는 중공사막들을 결속하면서 중공사막들의 사이의 공극을 메우는 포팅부(140)가 형성된다. 이로써, 카트리지 또는 중공사막 다발은 양단부가 포팅부(140)에 막히어 그 내부에는 제2 유체가 통과하는 유로가 형성된다. 포팅부의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.

히터(200)는 하우징부(100) 내부에 설치되며, 하우징부(100) 내부에서 생성된 응축수를 가열하여 수증기를 생성한다. 히터(200)는, 예를 들어 봉 타입의 전기 히터를 사용할 수 있으며, 형상는 일자형, ㄱ자형, 카트리지형 등 다양한 형상의 히터를 사용할 수 있다.

히터(200)는 응축수(W)가 축적되는 영역에 설치되는 것이 바람직하다. 응축수는 고습한 제2 유체가 통과하는 유로에서 주로 형성된다. 구체적으로, 응축수는 포팅부(140)에 의해 막혀서 생성되는 제2 유체 유동 공간에서 생성되어, 그 자중에 의해 양 포팅부(140) 사이 공간의 바닥면에 축적된다. 따라서, 히터(200)는 양 포팅부(140) 사이 공간의 바닥면에 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 하우징부(100)는 상기한 바와 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징부(100)의 바닥면으로부터 위로 돌출 형성되는 돌출부(150)를 구비할 수 있다. 포팅부(140)와 돌출부(150)에 의해 형성된 공간에는 제2 유체 유동 공간에서 생성된 응축수(W)가 축적된다. 따라서, 히터(200)는 포팅부(140)와 돌출부(150)에 의해 형성된 공간의 바닥면에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 하우징부(100)의 바닥면이 포팅부(140)의 저면보다 아래로 돌출되도록 형성될 수 있다. 하우징부(100)의 바닥면이 포팅부(140)의 저면보다 아래로 돌출 형성됨에 따라 따라 응축수가 축적 저장되는 공간을 더 확보할 수 있게 된다.

또한, 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 하우징부(100)의 바닥면이 포팅부(140)의 저면보다 아래로 돌출된 형태의 요철 구조로 형성될 수 있다. 요철 구조의 바닥면에 의해 하우징부(100)에는 응축수(W)가 저장되는 응축수 저장부(160)가 형성된다.

응축수 저장부(160)가 포팅부(140)의 저면보다 아래로 돌출된 형태의 요철 구조로 형성됨에 따라 응축수가 축적 저장되는 공간을 더 확보할 수 있게 된다.

다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈은, 하우징부(100), 히터(200), 수위센서(310, 320), 응축수 배출관(410), 배출 밸브(420)를 포함한다.

하우징부(100)와 히터(200)는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 도 5에서 하우징부(100)는 도 3의 돌출부(150)가 구비된 경우를 예시하고 있으나, 도 2와 같이 돌출부(150)가 없는 하우징부(100)에도 적용될 수 있다.

수위센서(310, 320)는 응축수의 수위를 감지하여 감지신호를 히터(200)로 전송한다. 수위센서(310, 320)는 하우징부(100)의 바닥 저면과 평행한 라인을 따라 응축수의 존재 여부를 감지한다. 제1 수위센서(310)는 하부에 위치하고, 제2 수위센서(320)는 제1 수위센서(310) 보다 높은 위치에 설치된다. 히터(200)는 제1 수위센서(310)의 감지신호에 따라 동작하는 전자식 히터인 것이 바람직하다.

도 5에서는 설명의 편의를 위해 수위센서(310, 320)의 설치 위치를 간략히 도시하였다. 수위센서(310, 320)는 하우징부(100) 내벽의 소정 위치에 각각 형성될 수 있다. 돌출부(150)를 구비한 하우징부(100)인 경우, 돌출부(150)의 측벽에 수위센서(310, 320)가 형성될 수 있다.

제1 수위센서(310)에 의해 응축수가 감지되면 제1 수위센서(310)는 감지신호를 히터(200)로 전송하고, 이를 수신한 히터(200)는 동작을 개시하여 응축수를 가열한다.

히터(200)가 응축수를 가열함에 따라 응축수의 수위가 점점 낮아져서 제1 수위센서(310)가 설치된 위치 아래로 하강하면, 제1 수위센서(310)는 해당 수위에 응축수가 존재하지 않음을 알리는 감지신호를 히터(200)로 전송하고, 이를 수신한 히터(200)는 동작을 정지하여 응축수를 가열을 중단한다.

한편, 제1 수위센서(310)의 감지신호에 의해 히터(200)가 가동되어 응축수를 증발시키더라도, 중공사막 모듈 가동에 따라 응축수는 계속 생성되어 축적된다. 이때, 증발량 보다 응축수 생성량이 많은 경우, 응축수가 계속 증가하게 되어 중공사막 모듈의 효율이 저하되게 된다. 따라서, 증발에 의해 응축수를 제거함과 동시에 강제로 응축수를 외부에 배출할 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈은, 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관(410)과, 응축수 배출관(410)을 개폐하는 배출 밸브(420)를 더 포함한다.

응축수 배출관(410)은 하우징부(100)의 바닥 저면과 연통하도록 형성되고, 배출 밸브(420)는 제2 수위센서(320)의 감지신호에 따라 동작하는 전자식 밸브인 것이 바람직하다.

제2 수위센서(320)에 의해 응축수가 감지되면 제2 수위센서(320)는 감지신호를 배출 밸브(420)로 전송하고, 이를 수신한 배출 밸브(420)는 응축수 배출관(410)을 오픈하여 응축수를 외부로 배출한다.

응축수가 응축수 배출관(410)을 통해 외부로 배출됨에 따라 응축수의 수위가 점점 낮아져서 제2 수위센서(320)가 설치된 위치 아래로 하강하면, 제2 수위센서(320)는 해당 수위에 응축수가 존재하지 않음을 알리는 감지신호를 배출 밸브(420)로 전송하고, 이를 수신한 배출 밸브(420)는 응축수 배출관(410)을 닫아서 응축수의 배출을 중단한다.

제1 수위센서(310) 및 제2 수위센서(320)의 구체적인 설치 위치는 응축수가 축적되는 영역의 크기에 따라 결정된다. 예를 들어, 응축수가 축적되는 영역의 부피를 100으로 가정할 때, 제1 수위센서(310)는 응축수가 축적되는 영역의 바닥 저면으로부터 부피가 20이 되는 위치에 설치하고, 제2 수위센서(320)는 응축수가 축적되는 영역의 바닥 저면으로부터 부피가 50이 되는 위치에 설치할 수 있다.

한편, 히터(200)와 배출 밸브(420)가 전자식이 아닌 경우, 별도로 제어부(미도시)를 마련하여, 제어부가 제1 수위센서(310) 및 제2 수위센서(320)의 감지신호를 수신하여 히터(200)와 배출 밸브(420)의 동작을 제어할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈은 수위센서(310, 320)의 감지 신호에 따라 히터(200) 또는 배출 밸브(420)의 동작이 개시 또는 중단되어, 중공사막 모듈의 가습 성능을 향상시킬 수 있다.

제1 수위센서(310)의 감지신호가 없으면, 히터(200)가 가동되지 않아서 히터(200)의 과도한 가동에 의한 전력 낭비를 방지할 수 있다.

제1 수위센서(310)의 감지신호는 있으나, 제2 수위센서(320)의 감지신호가 없는 경우, 히터(200)만으로 응축수를 효과적으로 제어할 수 있어서, 배출 밸브(420)를 오픈하지 않는다.

제1 수위센서(310) 및 제2 수위센서(320)의 감지신호가 있으면, 히터(200)를 가동시키면서 동시에 응축수 배출관(410)을 통해 강제로 응축수를 배출하게 되어 응축수의 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈을 설명한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈이 도시된 측단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈은, 하우징부(100), 히터(200), 수압센서(330), 응축수 배출관(410), 배출 밸브(420)를 포함한다.

하우징부(100), 히터(200)는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 도 6에서 하우징부(100)는 도 3의 돌출부(150)가 구비된 경우를 예시하고 있으나, 도 2와 같이 돌출부(150)가 없는 하우징부(100)에도 적용될 수 있다.

수압센서(330)는 응축수의 수압을 감지하여 주기적 또는 비주기적으로 감지신호를 히터(200)로 전송한다.

히터(200)는 수압센서(330)로부터 수신한 감지신호가 기설정된 제1 기준치 이상이면 동작을 개시하여 응축수를 가열한다. 히터(200)가 응축수를 가열한 후에, 수압센서(330)로부터 수신한 감지신호가 기설정된 제1 기준치 미만인 경우, 히터(200)는 동작을 정지하여 응축수를 가열을 중단한다.

한편, 제1 기준치(제1 감지신호)에 의해 히터(200)가 가동되어 응축수를 증발시키더라도, 중공사막 모듈 가동에 따라 응축수는 계속 생성되어 축적된다. 이때, 증발량 보다 응축수 생성량이 많은 경우, 응축수가 계속 증가하게 되어 중공사막 모듈의 효율이 저하되게 된다. 따라서, 증발에 의해 응축수를 제거함과 동시에 강제로 응축수를 외부에 배출할 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈은, 전술한 제2 실시예와 마찬가지로 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관(410)과, 응축수 배출관(410)을 개폐하는 배출 밸브(420)를 더 포함한다.

응축수 배출관(410)은 하우징부(100)의 바닥 저면과 연통하도록 형성되고, 배출 밸브(420)는 수압센서(330)의 감지신호에 따라 동작하는 전자식 밸브인 것이 바람직하다. 수압센서(330)는 응축수의 수압을 감지하여 주기적 또는 비주기적으로 감지신호를 배출 밸브(420)로 전송한다.

배출 밸브(420)는 수압센서(330)로부터 수신한 감지신호가 기설정된 제2 기준치 이상이면 동작을 개시하여 응축수 배출관(410)을 오픈하여 응축수를 외부로 배출한다.

응축수가 응축수 배출관(410)을 통해 외부로 배출됨에 따라 응축수의 수압이 점점 낮아져서 수압센서(330)로부터 수신한 감지신호가 기설정된 제2 기준치 미만이면, 배출 밸브(420)는 응축수 배출관(410)을 닫아서 응축수의 배출을 중단한다.

또는, 히터(200)가 응축수를 가열하는 중에, 수압센서로부터 주기적 또는 비주기적으로 전송되는 감지값이 기설정된 제1 기준치 미만으로 감소하지 않으면, 히터(200)는 배출 밸브(420)로 밸브 오픈 신호를 전송하여 응축수 배출관(410)을 통해 응축수가 외부로 배출되도록 할 수도 있다.

제1 기준치 및 제2 기준치는 응축수가 축적되는 영역의 크기에 따라 결정된다. 예를 들어, 최대 수압을 100으로 가정할 때, 제1 기준치는 20으로 설정될 수 있고, 제2 기준치는 50으로 설정될 수 있다.

한편, 히터(200)와 배출 밸브(420)가 전자식이 아닌 경우, 별도로 제어부(미도시)를 마련하여, 제어부가 수압센서(330)의 감지신호를 수신하여 히터(200)와 배출 밸브(420)의 동작을 제어할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈은 수압센서(330)의 감지 신호에 따라 히터(200) 또는 배출 밸브(420)의 동작이 개시 또는 중단되어, 중공사막 모듈의 가습 성능을 향상시킬 수 있다.

수압센서(330)의 감지값이 제1 기준치 미만이면, 히터(200)가 가동되지 않아서 히터(200)의 과도한 가동에 의한 전력 낭비를 방지할 수 있다.

수압센서(330)의 감지값이 제1 기준치 이상이나, 제2 기준치 미만인 경우, 히터(200)만으로 응축수를 효과적으로 제어할 수 있어서, 배출 밸브(420)를 오픈하지 않는다.

수압센서(330)의 감지값이 제2 기준치 이상이면, 히터(200)를 가동시키면서 동시에 응축수 배출관(410)을 통해 강제로 응축수를 배출하게 되어 응축수의 결빙을 방지하고 가습 성능을 향상시킬 수 있게 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 : 하우징부 200 : 히터
310 : 제1 수위센서 320 : 제2 수위센서
330 : 수압센서 410 : 응축수 배출관
420 : 배출 밸브

Claims

제1 유체를 위한 제1 유체 유입구가 형성되어 있는 제1 하우징 캡;
상기 제1 유체를 위한 제1 유체 유출구가 형성되어 있는 제2 하우징 캡;
상기 제1 및 제2 하우징 캡들이 양단에 각각 결합되며, 제2 유체를 위한 제2 유체 유입구와 상기 제2 유체를 위한 제2 유체 유출구가 형성되어 있는 하우징 몸체;
상기 하우징 몸체 내에 수용되어 있으며 상기 제1 유체가 통과하는 내부 관로를 각각 갖는 복수의 중공사막들;
상기 중공사막들의 양단부 각각에서 상기 중공사막들을 결속하며 상기 중공사막들 사이의 공극을 메움으로써 상기 하우징 몸체 내에 그리고 상기 중공사막들의 바깥에 상기 제2 유체의 유동 공간을 형성하는 포팅부들; 및
상기 하우징 몸체 내의 상기 유동 공간에 배치되며, 상기 중공사막들을 통해 상기 제1 및 제2 유체들 간에 열 교환이 이루어짐에 따라 상기 유동 공간에서 상기 제2 유체의 수분이 응축되어 생성되는 응축수를 가열하여 수증기를 생성하는 히터
를 포함하는 중공사막 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징 몸체의 내부에 설치되어 상기 응축수의 수위를 감지하는 제1 수위센서를 더 포함하며,
상기 히터는 상기 제1 수위센서로부터 감지신호가 수신되면 상기 응축수를 가열하는 중공사막 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 하우징 몸체의 내부에서 상기 제1 수위센서 보다 높은 위치에 설치되어 상기 응축수의 수위를 감지하는 제2 수위센서와,
상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과,
상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며,
상기 배출 밸브는 상기 제2 수위센서로부터 감지신호가 수신되면 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 중공사막 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징 몸체의 내부에 설치되어 상기 응축수의 수압을 감지하는 수압 센서를 더 포함하며,
상기 히터는 상기 수압센서로부터 제1 감지신호가 수신되면 상기 응축수를 가열하는 중공사막 모듈.
청구항 4에 있어서,
상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과,
상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며,
상기 히터가 상기 제1 감지신호에 따라 상기 응축수를 가열하는 중에, 상기 수압센서의 감지신호가 상기 제1 감지신호 미만으로 감소하지 않으면, 상기 배출 밸브는 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 중공사막 모듈.
청구항 4에 있어서,
상기 응축수를 외부로 배출하는 응축수 배출관과,
상기 응축수 배출관을 개폐하는 배출 밸브를 더 포함하며,
상기 배출 밸브는, 상기 수압센서로부터 상기 제1 감지신호 보다 큰 제2 감지신호가 수신되면, 상기 응축수 배출관을 오픈하여 상기 응축수를 외부로 배출하는 중공사막 모듈.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터는 상기 포팅부들의 사이 공간의 바닥면에 형성되는 중공사막 모듈.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징 몸체는 바닥면으로부터 위로 돌출 형성된 돌출부를 구비하며,
상기 히터는 상기 포팅부들 중 어느 하나와 상기 돌출부의 사이 공간의 바닥면에 형성되는 중공사막 모듈.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응축수를 저장하기 위한 응축수 저장부가 상기 하우징 몸체 내의 상기 유동 공간 내에 상기 포팅부의 저면보다 아래로 돌출되어 형성되어 있고,
상기 히터는 상기 응축수 저장부에 배치되어 있는 중공사막 모듈.
청구항 9에 있어서,
상기 하우징 몸체는 상기 포팅부의 저면보다 아래로 돌출된 형태의 요철 구조를 갖는 중공사막 모듈.