KR20150037082A - 유체교환막 모듈 - Google Patents
유체교환막 모듈 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150037082A KR20150037082A KR20130116305A KR20130116305A KR20150037082A KR 20150037082 A KR20150037082 A KR 20150037082A KR 20130116305 A KR20130116305 A KR 20130116305A KR 20130116305 A KR20130116305 A KR 20130116305A KR 20150037082 A KR20150037082 A KR 20150037082A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fluid
- inner diameter
- case
- diameter portion
- exchange membrane
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 245
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 140
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000004382 potting Methods 0.000 claims description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229920001821 foam rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/08—Flat membrane modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
- B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
- B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
- B01F23/2312—Diffusers
- B01F23/23126—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element
- B01F23/231265—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element being tubes, tubular elements, cylindrical elements or set of tubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 유체교환막 모듈에 관한 것으로서, 상기 유체교환막 모듈은 적어도 두 쌍의 유체유입구와 유체배출구를 포함하는 케이스, 및 상기 케이스에 내장되며, 구동상태에서 어느 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제1 유체가 다른 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제2 유체와 직접적으로 접촉하지 않도록 배치된 유체교환막을 포함하며, 상기 유체유입구들 중 적어도 어느 하나는 확산기(diffuser)를 포함한다.
상기 유체교환막 모듈은 유체교환막의 일측부로 흐르는 유체를 단열팽창시켜 고온 고습 유체의 상대 습도를 높힘으로써, 유체교환막을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있고, 유체의 압력을 낮추어 유체 흐름의 압력 분포를 균일하게 할 수 있다.
상기 유체교환막 모듈은 유체교환막의 일측부로 흐르는 유체를 단열팽창시켜 고온 고습 유체의 상대 습도를 높힘으로써, 유체교환막을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있고, 유체의 압력을 낮추어 유체 흐름의 압력 분포를 균일하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 유체교환막 모듈에 관한 것으로서, 간단한 부재를 포함하거나, 유로 형태를 변경하는 것 만으로 유체교환막을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있고, 유체 흐름의 압력 분포를 균일하게 하는 유체교환막 모듈에 관한 것이다.
상기 유체교환막 모듈은 수분 공급 모듈, 열교환 모듈, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈일 수 있다.
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 2배 가량 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 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 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막을 사용할 수 있으며, 균일한 유동 흐름을 얻기에 유리한 평막을 사용할 수도 있다. 고집적화가 요구되는 100kW 이상의 고용량의 연료전지 시스템에는 중공사막이 적용된 수분공급 장치가 바람직하며 50 kW 이하의 일반적인 연료전지 시스템에는 어느 형태의 막을 사용하여도 무방하다.
지금까지는 가습 막 방식의 수분 공급 모듈의 고집적화를 위하여 선택적 투과막의 효율 개선에만 기술 개발이 집중되었지만 본 발명에서는 수분 공급 모듈에 물리적인 장치를 부가함으로써 수분 전달 효율을 극대화 하고, 이를 통하여 고집적화 및 제조원가의 개선의 효과를 얻고자 한다.
본 발명의 목적은 유체교환막의 일측부로 흐르는 유체를 팽창시켜 고온 고습 유체의 상대 습도를 높힘으로써, 유체교환막을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있고, 유체의 압력을 낮추어 유체 흐름의 압력 분포를 균일하게 할 수 있는 유체교환막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체교환막 모듈은 적어도 두 쌍의 유체유입구와 유체배출구를 포함하는 케이스, 및 상기 케이스에 내장되며, 구동상태에서 어느 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제1 유체가 다른 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제2 유체와 직접적으로 접촉하지 않도록 배치된 유체교환막을 포함한다.
상기 유체유입구들 중 적어도 어느 하나는 확산기(diffuser)를 포함한다.
상기 확산기는 상기 유체유입구들과 연결된 배관에 설치될 수 있다.
상기 확산기는 서로 다른 내경을 가지는 제1 내경부 및 제2 내경부를 포함할 수 있다.
상기 제2 내경부의 내경은 상기 제1 내경부의 내경 보다 더 클 수 있다.
상기 제1 내경부는 상기 유체 흐름의 상류 측에 배치되고, 상기 제2 내경부는 상기 유체 흐름의 하류 측에 배치될 수 있다.
상기 제2 내경부의 내경과 상기 제1 내경부의 내경의 비는 2:1 내지 20:1일 수 있다.
상기 확산기는 상기 제1 내경부와 상기 제2 내경부 사이에 위치하는 내경 확대부를 포함할 수 있다.
상기 내경 확대부의 내경은 상기 제1 내경부의 내경에서부터 상기 제2 내경부의 내경까지 점점 확대될 수 있다.
상기 확산기는 벤튜리관(venture tube) 형태일 수 있고, 상기 제1 내경부의 내경은 점점 축소될 수 있다.
상기 제1 내경부의 내경이 점점 축소되는 길이와 상기 내경 확대부가 점점 확대되는 길이의 비는 1:1 내지 10:1일 수 있다.
상기 제1 내경부는 오리피스판일 수 있다.
상기 오리피스판은 적어도 하나 이상의 개구부가 형성된 판을 포함하며, 상기 제2 내경부의 내경과 상기 개구부의 직경의 비는 3:1 내지 30:1일 수 있다.
상기 제1 내경부는 노즐일 수 있고, 상기 제1 내경부의 내경은 점점 축소될 수 있다.
상기 유체교환막 모듈은 상기 확산기를 단열시키는 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 유체교환막은 중공사막 형태이고, 상기 제1 유체는 상기 중공사막의 중공을 통하여 흐르고, 상기 제2 유체는 상기 중공사막의 외부로 흐르도록 상기 케이스와 상기 유체교환막을 배치할 수 있다.
상기 케이스는 제1 유체유입구가 형성되어 있는 유입케이스, 제1 유체배출구가 형성되어 있는 배출케이스 및 제2 유체유입구와 제2 유체배출구가 형성되어 있는 연결케이스를 포함하며, 상기 케이스는 상기 유입케이스와 상기 배출케이스를 상기 연결케이스로 연결한 구조를 가지고, 상기 중공사의 길이방향의 어느 한쪽 말단이 상기 유입케이스 측에 위치하고, 다른 한쪽 말단이 상기 배출케이스 측에 위치하도록 상기 케이스 내에 배치할 수 있다.
상기 연결케이스의 양쪽 말단에 상기 중공사를 고정하는 포팅부를 포함할 수 있다.
상기 수분교환막은 평막 형태이고, 상기 제1 유체는 상기 평막의 일면을 따라 흐르고, 상기 제2 유체는 상기 평막의 다른 일면을 따라 흐르도록 케이스와 상기 유체교환막을 배치할 수 있다.
상기 케이스는 내부 공간을 가지며, 상기 케이스 외부에서 상기 내부 공간으로 유체를 공급하고, 상기 내부 공간에서 케이스 외부로 유체를 배출하도록 두 쌍의 유체유입구 및 유체배출구가 형성된 구조를 가지며, 상기 유체교환막은 상기 평막의 둘레가 상기 케이스의 내부벽과 접촉하여 상기 케이스의 내부 공간을 이분하되, 상기 이분된 내부 공간 중 어느 하나의 공간은 한 쌍의 유체유입구 및 유체배출구와 연결되고, 이분된 내부 공간 중 다른 하나의 공간은 다른 한 쌍의 유체유입구 및 유체배출구와 연결되도록 상기 케이스 내에 배치할 수 있다.
상기 유체교환막 모듈은 수분 공급 모듈, 열교환 모듈, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈일 수 있다.
본 발명의 유체교환막 모듈은 유체교환막의 일측부로 흐르는 유체를 단열팽창시켜 고온 고습 유체의 상대 습도를 높힘으로써, 유체교환막을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있게 해준다.
또한, 상기 유체교환막 모듈은 상기 유체의 압력을 낮추어 상기 유체의 압력 분포를 균일하게 함으로써, 상기 유체가 상기 유체교환막 전체와 균일하게 접촉되도록 하여 상기 유체교환막 모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 효과를 얻기 위하여 별도의 장치를 추가할 필요 없이, 간단한 부재를 포함하거나, 유로 형태를 변경하는 것 만으로도 가능하다. 이로써 다운사이징, 경량화가 요구되는 가습막 방식의 연료전지용 수분 공급 모듈을 제조할 수 있으며, 경제성도 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유체교환막 모듈을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 유체교환막 모듈을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 확산기의 각각 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 오리피스판 형태의 제1 내경부를 도시한 평면도이다.
도 10은 확산기의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시형태에 따른 유체교환막 모듈을 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 확산기의 각각 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 오리피스판 형태의 제1 내경부를 도시한 평면도이다.
도 10은 확산기의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체교환막 모듈은 케이스 및 상기 케이스에 내장되는 유체교환막을 포함한다.
상기 유체교환막 모듈은 적어도 2종의 유체 사이에 존재하는 유체교환막을 통하여 2종의 유체가 수분 또는 열 등이 유체를 교환하도록 구동되는 장치이다. 따라서, 상기 케이스에는 적어도 두 쌍의 유체유입구와 유체배출구가 형성될 수 있다. 또한, 상기 유체교환막은 2종의 유체가 직접적으로 접촉되지 않도록 상기 케이스 내에 배치될 수 있다. 즉, 유체교환막 모듈의 구동상태에서 어느 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제1 유체가 다른 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제2 유체와 직접적으로 접촉하지 않도록 유체교환막을 케이스 내에 배치할 수 있다. 본 명세서에서 제1 유체와 제2 유체가 직접적으로 접촉되지 않는다는 것은 제1 유체와 제2 유체가 완전히 분리된 상태를 의미하는 것이 아니라 제1 유체와 제2 유체 사이에 다공성 멤브레인이 존재하여 제1 유체와 제2 유체가 자유롭게 혼화될 수 없는 상태를 의미한다.
상기 유체교환막 모듈을 구성하는 구조는 상기 유체교환막의 형태에 따라 제어될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 유체교환막이 중공사막 형태의 다공성 멤브레인으로 형성된 것이라면 2종의 유체 중 어느 하나의 유체는 중공사의 중공을 통과하고, 다른 하나의 유체는 중공사 다발 사이를 통과하도록 유체교환막 모듈을 구성할 수 있다.
이러한 유체교환막 모듈(40)은 도 1과 같이 유체유입구(45a)가 형성되어 있는 유입케이스(41), 유체배출구(45b)가 형성되어 있는 배출케이스(42) 및 유체유입구(46a)와 유체배출구(46b)가 형성되어 있는 연결케이스(43)를 포함하며, 상기 유입케이스(41) 및 상기 배출케이스(42)를 상기 연결케이스(43)로 연결한 구조를 가지는 케이스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 유체교환막 모듈(40)은 상기 유체교환막(44)을 중공사 다발의 길이방향(P)의 어느 한쪽 말단이 상기 유입케이스(41) 측에 위치하고, 다른 한쪽 말단이 상기 배출케이스(42) 측에 위치하도록 배치한 구조를 가질 수 있다.
상기에서 연결케이스(43)는 도 1과 같이 상기 중공사 다발을 고정할 수 있도록 상기 연결케이스(43)의 양쪽 말단에 포팅부(47)를 더 포함할 수 있다. 상기 포팅부(47)는 상기 중공사 다발들을 결속하면서 상기 중공사 다발들 사이의 공극을 메워 상기 중공사 다발들 사이를 지나가는 유체가 중공으로 들어가지 못하도록 한다. 상기 포팅부(47)의 재료는 통상적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 유체교환막 모듈(40)의 구조는 상기 구조에 제한되는 것은 아니며, 중공사막 형태의 다공성 멤브레인을 이용하는 모듈에 채용되는 구조가 적절하게 응용될 수 있다.
다른 예시에서 유체교환막이 도 2와 같은 평막 형태의 다공성 멤브레인으로 형성된 것이라면 2종의 유체 사이에 평막이 존재하여 2종의 유체가 평막의 마주보는 면을 따라 흐르도록 유체교환막 모듈을 구성할 수 있다.
이러한 유체교환막 모듈(50)은 도 2와 같이 내부 공간(55)을 가지며, 케이스(51) 외부에서 상기 내부 공간(55)으로 유체를 공급하고, 상기 내부 공간(55)에서 상기 케이스(51) 외부로 유체를 배출하도록 두 쌍의 유체유입구(53a, 54a) 및 유체배출구(53b, 54b)가 표면에 형성된 구조를 가지는 상기 케이스(51)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 유체교환막 모듈(50)은 도 2와 같이 상기 평막(52)의 둘레가 상기 케이스(51)의 내부벽과 접촉하여 상기 케이스(51)의 내부 공간(55)을 이분하도록 배치된 상기 유체교환막(52)을 포함할 수 있다. 상기 평막(52)은 주름을 포함할 수 있는데, 즉 상기 평막(52)의 가닥을 접어서 줄이 지게 하여 상기 평막(52)의 접촉 면적을 늘일 수 있다. 이때 유체교환막(52)은 이분된 내부 공간 중 어느 하나의 공간(55a)이 한 쌍의 유체유입구(53a) 및 유체배출구(53b)와 연결되고, 이분된 내부 공간 중 다른 하나의 공간(55b)이 다른 한 쌍의 유체유입구(54a) 및 유체배출구(54b)와 연결되도록 상기 케이스(51) 내에 배치될 수 있다. 그 결과 2종의 유체가 유체교환막(52)으로 인하여 직접적으로 접촉되는 것을 방지하고, 2종의 유체 사이의 수분 등의 유체 교환이 가능하도록 상기 유체교환막 모듈(50)을 구성할 수 있다. 본 명세서에서 용어 이분은 하나의 공간을 두 공간으로 가르는 의미를 가지는 용어로 두 공간의 크기 또는 면적 등이 동일할 것을 요구하지 않으며, 용어 이등분과 구별되는 용어이다.
상기 평막 형태의 다공성 멤브레인으로 형성된 유체교환막을 포함하는 유체교환막 모듈(50)의 경우에도 그 구조가 상기 구조에 한정되는 것은 아니며, 평막 형태의 다공성 멤브레인을 이용하는 모듈에 채용되는 구조들이 응용될 수 있다.
상기 유체교환막 모듈(40, 50)은 2종 이상의 유체 사이의 우수한 수분 등의 유체교환성능을 가지므로, 다양한 분야에 응용이 가능하다. 상기 유체교환막 모듈(40, 50)은, 예를 들면, 수분 교환 모듈, 열교환 모듈, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈 등으로 이용될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 유체교환막 모듈(40, 50)이 연료 전지의 가습 모듈로 적용될 수 있다. 상기 유체교환막 모듈(40, 50)은 당 업계에 알려진 방식을 채용하여 연료 전지의 가습 모듈로 적용할 수 있다. 또한, 연료 전지의 용량에 따라 상기 유체교환막 모듈(40, 50)의 구조를 적절하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 고집적화가 요구되는 100kW 이상의 고용량의 연료 전지 시스템에는 중공사막 형태의 다공성 멤브레인이 적용된 모듈이 사용될 수 있다. 이하, 상기 유체교환막 모듈(40, 50)이 상기 중공사막 형태의 다공성 멤브레인이 적용된 형태의 유체교환막 모듈(40)인 경우를 중심으로 설명한다.
상기 유체교환막 모듈(40)은 상기 유체유입구들(45a, 46a) 중 적어도 어느 하나에 확산기(60)를 포함한다. 상기 도 1에서는 하나의 유체유입구(45a)만 상기 확산기(60)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 유체유입구(46a)도 상기 확산기(60)를 포함할 수 있고, 상기 다른 유체유입구(46a)만 상기 확산기(60)를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 도 1에서는 상기 확산기(60)가 상기 연결케이스(43)와 접촉되어 배치된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 확산기(60)는 상기 유체유입구들(45a, 46a)과 연결된 배관에 설치되는 것도 가능하다. 도 2에서도 상기 유체교환막 모듈(50)의 하나의 유체유입구(53a)가 확산기(60)를 포함하는 것을 도시하고 있다.
일반적으로, 연료 전지의 가습 모듈에서 수분 공급원으로는 연료 전지에서 배출된 고온 고습의 유체를 사용한다. 상기 고온 고습의 유체의 절대 습도(단위 질량의 공기에 포함되는 수분의 양)가 변하지는 않더라도, 그 온도를 낮추어 상기 고온 고습의 유체의 상대 습도를 높일 경우 상기 유체교환막(44) 표면 근처에서의 상대 습도 상승으로 수분 전달 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 고온 고습 유체의 온도를 저하시키기 위하여 열교환기 등의 별도 장치를 이용할 수도 있으나, 본 발명에서는 별도의 장치가 아닌 상기 확산기(60)를 통하여 상기 목적을 달성한다. 상기 확산기(60)는 상기 고온 고습 유체의 갑작스러운 단열 팽창을 유도하여 상기 고온 고습 유체가 가지는 고유의 에너지를 일의 형태로 사용하게 하여 에너지 제1법칙에 의하여 온도가 낮아지게 한다. 상기 고온 고습 유체의 온도가 낮아지면 해당 온도에서의 포화 습도가 낮아지게 되고, 이에 따라 상대 습도는 상승하게 된다.
따라서, 상기 확산기(60)는 상기 고온 고습 유체의 상대 습도를 높힘으로써 상기 유체교환막(44)을 통한 유체 전달량을 극대화할 수 있다. 또한, 상기 효과를 얻기 위하여 열교환기와 같은 별도의 장치를 추가할 필요 없이, 상기 확산기(60)와 같은 간단한 부재를 포함하거나, 유로 형태를 변경함으로써, 상기 효과를 달성할 수 있다.
또한, 상기 확산기(60)는 상기 유체의 팽창을 통하여 상기 유체의 압력을 낮춤으로써, 상기 유입케이스(41) 또는 상기 연결케이스(43) 내부에서 상기 유체의 압력 분포를 균일하게 할 수 있다. 이로 인하여, 상기 유체가 상기 유체교환막(44) 전체와 균일하게 접촉할 수 있도록 하여, 종래에 상기 유체가 상기 유체교환막(44) 일부와만 접촉하여 상기 유체교환막 모듈(40)의 효율을 저하시키는 문제를 해결할 수도 있다.
도 3은 상기 확산기(60)의 하나의 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 도 3에서 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다. 상기 도 3을 참조하면, 상기 확산기(60)는 서로 다른 내경을 가지는 제1 내경부(61) 및 제2 내경부(62)를 포함한다. 상기 제1 내경부(61)는 상기 유체 흐름의 상류 측에 배치되고, 상기 제2 내경부(62)는 상기 유체 흐름의 하류 측에 배치되는데, 상기 제2 내경부(62)의 내경은 상기 제1 내경부(61)의 내경 보다 더 크다. 상기 유체가 상기 확산기(60)의 상기 제1 내경부(61)를 통하여 흐르다가 상기 제2 내경부(62)로 유입되면 갑작스럽게 팽창되면서 온도가 낮아지게 된다.
도 4는 상기 확산기(60)의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 도 3에서는 상기 확산기(60)의 제1 내경부(61)와 제2 내경부(62)의 내경 뿐만 아니라 외경도 서로 상이하나, 상기 도 4를 참조하면, 상기 확산기(60)의 제1 내경부(61)의 외경과 상기 제2 내경부(62)의 외경은 서로 동일할 수 있다.
상기 제2 내경부(62)의 내경과 상기 제1 내경부(61)의 내경의 비는 2:1 내지 20:1 일 수 있고, 바람직하게 3:1 내지 10:1일 수 있고, 더욱 바람직하게 5:1 내지 8:1 일 수 있다. 상기 제2 내경부(62)의 내경이 상기 제1 내경부(61)의 내경에 대하여 1/20 미만이면 과도한 압력손실로 인하여 유체흐름 저항이 높아져 공기공급 장치에 과부하를 초래하는 문제가 있을 수 있고, 상기 제2 내경부(62)의 내경이 상기 제1 내경부(61)의 내경에 대하여 1/2를 초과하면 본발명이 해결하고자 하는 단열 팽창의 효과가 없어지는 문제가 있을 수 있다.
도 5는 상기 확산기(60)의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 확산기(60)는 상기 제1 내경부(61)와 상기 제2 내경부(62) 사이에 위치하는 내경 확대부(63)를 포함한다. 상기 내경 확대부(63)의 내경은 상기 제1 내경부(61)의 내경에서부터 상기 제2 내경부(62)의 내경까지 점점 확대될 수 있다. 즉, 상기 내경 확대부(63)는 유체의 흐름 방향을 따라 내경이 점차적으로 확대된다. 상기 확산기(60)가 상기 내경 확대부(63)를 더 포함하는 경우 상기 유체를 보다 서서히 팽창시킴으로써, 상기 유체가 갑작스럽게 팽창됨에 따른 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
도 6은 상기 확산기(60)의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다상기 도 6을 참조하면, 상기 확산기(60)는 벤튜리관(venture tube) 형태일 수 있다. 즉, 상기 제1 내경부(61)는 그 내경이 유체의 흐름 방향을 따라 점점 축소되는 형태이고, 상기 내경 확대부(63)는 상기 제1 내경부(61)의 내경이 가장 작은 끝단과 연결되어 내경이 점점 확대되어 상기 제2 내경부(62)와 연결된다. 상기 제1 내경부(61)의 내경이 점점 축소되는 경우 상기 제1 내경부(61)와 연결된 배관과 상기 제2 내경부(62)의 내경은 동일하게 유지하면서도 상기 유체를 팽창시킬 수 있는 확산기(60)를 설치할 수 있다.
이때, 상기 제1 내경부(61)의 내경이 점점 축소되는 길이는 상기 내경 확대부(63)가 점점 확대되는 길이 보다 더 짧을 수 있는데, 구체적으로 상기 제1 내경부의 내경이 점점 축소되는 길이와 상기 내경 확대부가 점점 확대되는 길이의 비는 1:1 내지 10:1 일 수 있고, 바람직하게 2:1 내지 7:1일 수 있고, 더욱 바람직하게 3:1 내지 5:1 일 수 있다. 상기 제1 내경부(61)의 내경이 점점 축소되는 길이가 상기 내경 확대부(63)가 점점 확대되는 길이에 대하여 1:1 미만이면 단열팽창의 효과를 얻을 수 없는 문제가 있을 수 있고, 상기 제1 내경부(61)의 내경이 점점 축소되는 길이가 상기 내경 확대부(63)가 점점 확대되는 길이에 대하여 10배를 초과하면 한정된 공간에 상기 형태의 구성을 구현할 수 없는 공간적 제약 문제가 있을 수 있다. 이때, 상기 길이는 상기 유체의 흐름 방향에 따른 길이이다.
도 7은 상기 확산기(60)의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 도 7을 참조하면, 상기 제1 내경부(61)는 적어도 하나 이상의 개구부(64)가 형성된 판을 포함한다. 즉, 상기 제1 내경부(61)는 오리피스(orifice)판 형태일 수 있다. 도 8 및 도 9는 상기 오리피스판 형태의 제1 내경부(61)를 도시한 평면도이다. 상기 도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 내경부(61)는 적어도 하나 이상의 개구부(64)를 포함한다. 이때, 상기 제2 내경부(62)의 내경과 상기 개구부(64)의 직경의 비는 3:1 내지 30:1 일 수 있고, 바람직하게 5:1 내지 20:1일 수 있고, 더욱 바람직하게 8:1 내지 15:1 일 수 있다. 상기 제2 내경부(62)의 내경이 상기 개구부(64)의 직경에 대하여 3배 미만이면 급격한 팽창을 유도할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 상기 제2 내경부(62)의 내경이 상기 개구부(64)의 직경에 대하여 30배를 초과하면 개구부의 크기가 너무 작아져 유체 흐름에 너무 큰 저항으로 작용할 수 있어 압력손실이 매우 커지게 된다는 문제가 있을 수 있다.
도 10은 상기 확산기(60)의 다른 하나의 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 도 10을 참조하면, 상기 제1 내경부(61)은 노즐(nozzle) 형태일 수 있다. 즉, 상기 제1 내경부(61)는 그 내경이 유체의 흐름 방향을 따라 점점 축소되는 형태일 수 있다.
상기 유체교환막 모듈(40)은 상기 확산기(60)를 단열시키는 단열 부재(70)를 더 포함할 수 있다. 상기 확산기(60)를 단열시키는 경우 상기 확산기(60)를 통하여 팽창되는 유체가 단열팽창을 할 수 있도록 한다. 상기 유체가 단열팽창을 하는 경우 보다 더 온도를 낮출 수 있고, 이로 인하여 보다 더 상대습도를 높일 수 있다. 상기 단열 부재(70)로는 종래 일반적으로 사용되는 단열재가 모두 사용 가능하며, 구체적으로 코르크, 면(綿), 펠트, 탄화코르크, 거품고무 등의 유기질 단열재 또는 석면(石綿), 유리솜, 석영솜, 규조토(硅藻土), 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 규산칼슘, 펄라이트 등의 무기질 단열재를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
: 가습 모듈의 제조]
(
비교예
1)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 각형 연결케이스(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 500mm) 내부에 배치시켰다.
상기 연결케이스 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 연결케이스 사이 공간에 포팅용 조성물을 주입한 후, 경화시켜 실(seal)하였다. 상기 포팅부 형성용 캡을 제거한 후, 상기 경화된 중공사막 포팅용 조성물의 끝단의 절단하여 상기 중공사막 다발의 끝단이 상기 포팅부 절단부에 드러나도록 하여 포팅부를 형성한 후, 상기 연결케이스의 양단부에 각각 유입케이스와 배출케이스를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
(
실시예
1)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 각형 연결케이스(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 500mm) 내부에 배치시켰다.
상기 연결케이스 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 연결케이스 사이 공간에 포팅용 조성물을 주입한 후, 경화시켜 실(seal)하였다. 상기 포팅부 형성용 캡을 제거한 후, 상기 경화된 중공사막 포팅용 조성물의 끝단의 절단하여 상기 중공사막 다발의 끝단이 상기 포팅부 절단부에 드러나도록 하여 포팅부를 형성한 후, 상기 연결케이스의 양단부에 각각 유입케이스와 배출케이스를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
이때, 상기 연결케이스의 유체유입구에 내경이 10mm 인 제1 내경부와 내경이 50mm 인 제2 내경부를 포함하는 확산기를 설치하였다.
(
비교예
2)
폴리설폰 평막(가로 250mm, 세로 250X100 mm)을 각형 연결케이스(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 500mm) 내부를 이분할 하도록 배치시켰다. 상기 연결케이스의 양단부에 각각 유입케이스와 배출케이스를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
(
실시예
2)
폴리설폰 평막(가로 250mm, 세로 250X100mm)을 각형 연결케이스(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 500mm) 내부를 이분할 하도록 배치시켰다. 상기 연결케이스의 양단부에 각각 유입케이스와 배출케이스를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
이때, 상기 연결케이스의 유체유입구에 내경이 10 mm인 제1 내경부와 내경이 50mm인 제2 내경부를 포함하는 확산기를 설치하였다.
[
실험예
: 제조된
포팅부의
성능 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 가습 모듈의 유입케이스측 유체유입구로 50g/sec의 건조공기를 유입하고, 연결케이스측 유체유입구로 온도 80℃, 상대습도 60%의 고온 고습 공기를 유입하여 기체-기체 가습을 실시하였다.
가습 성능은 상기 건조공기가 가습되어 나오는 지점의 온도와 습도를 측정하여 노점(Dew Point)으로 환산하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 비교예 1 | 실시예 1 | 비교예 2 | 실시예 2 |
| 가습성능(℃) | 54 | 61 | 48 | 53 |
상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예에서 제조된 가습 모듈은 비교예에서 제조된 가습 모듈에 비하여 가습 효율이 우수함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
40 유체교환막 모듈
41 유입케이스
42 배출케이스
43 연결케이스
44 유체교환막
45a 유체유입구
45b 유체배출구
46a 유체유입구
46b 유체배출구
47 포팅부
50 유체교환막 모듈
51 케이스
52 유체교환막
53a 유체유입구
53b 유체배출구
54a 유체유입구
54b 유체배출구
55 내부공간
55a 이분된 내부공간 중 어느 하나의 공간
55b 이분된 내부공간 중 다른 하나의 공간
60 확산기
61 제1 내경부
62 제2 내경부
63 내경 확대부
64 개구부
70 단열 부재
41 유입케이스
42 배출케이스
43 연결케이스
44 유체교환막
45a 유체유입구
45b 유체배출구
46a 유체유입구
46b 유체배출구
47 포팅부
50 유체교환막 모듈
51 케이스
52 유체교환막
53a 유체유입구
53b 유체배출구
54a 유체유입구
54b 유체배출구
55 내부공간
55a 이분된 내부공간 중 어느 하나의 공간
55b 이분된 내부공간 중 다른 하나의 공간
60 확산기
61 제1 내경부
62 제2 내경부
63 내경 확대부
64 개구부
70 단열 부재
Claims (22)
- 적어도 두 쌍의 유체유입구와 유체배출구를 포함하는 케이스, 및
상기 케이스에 내장되며, 구동상태에서 어느 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제1 유체가 다른 한 쌍의 유체유입구와 유체배출구 사이를 흐르는 제2 유체와 직접적으로 접촉하지 않도록 배치된 유체교환막을 포함하며,
상기 유체유입구들 중 적어도 어느 하나는 확산기(diffuser)를 포함하는 것인 유체교환막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 확산기는 상기 유체유입구들과 연결된 배관에 설치되는 것인 유체 교환 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 확산기는 서로 다른 내경을 가지는 제1 내경부 및 제2 내경부를 포함하는 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 제2 내경부의 내경은 상기 제1 내경부의 내경 보다 더 큰 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 제1 내경부는 상기 유체 흐름의 상류 측에 배치되고, 상기 제2 내경부는 상기 유체 흐름의 하류 측에 배치되는 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 제2 내경부의 내경과 상기 제1 내경부의 내경의 비는 2:1 내지 20:1 인 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 확산기는 상기 제1 내경부와 상기 제2 내경부 사이에 위치하는 내경 확대부를 포함하는 것인 유체교환막 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 내경 확대부의 내경은 상기 제1 내경부의 내경에서부터 상기 제2 내경부의 내경까지 점점 확대되는 것인 유체교환막 모듈. - 제8항에 있어서
상기 확산기는 벤튜리관(venture tube) 형태인 것인 유체교환막 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 제1 내경부의 내경은 점점 축소되는 것인 유체교환막 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 제1 내경부의 내경이 점점 축소되는 길이와 상기 내경 확대부가 점점 확대되는 길이의 비는1:1 내지 10:1인 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 제1 내경부는 오리피스판인 것인 유체교환막 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 오리피스판은 적어도 하나 이상의 개구부가 형성된 판을 포함하며,
상기 제2 내경부의 내경과 상기 개구부의 직경의 비는 3:1 내지 30:1인 것인 유체교환막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 제1 내경부는 노즐인 것인 유체교환막 모듈. - 제14항에 있어서,
상기 제1 내경부의 내경은 점점 축소되는 것인 유체교환막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 유체교환막 모듈은 상기 확산기를 단열시키는 단열 부재를 더 포함하는 것인 유체교환막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 유체교환막은 중공사막 형태이고, 상기 제1 유체는 상기 중공사막의 중공을 통하여 흐르고, 상기 제2 유체는 상기 중공사막의 외부로 흐르도록 상기 케이스와 상기 유체교환막을 배치한 것인 유체교환막 모듈. - 제17항에 있어서,
상기 케이스는 제1 유체유입구가 형성되어 있는 유입케이스, 제1 유체배출구가 형성되어 있는 배출케이스 및 제2 유체유입구와 제2 유체배출구가 형성되어 있는 연결케이스를 포함하며,
상기 케이스는 상기 유입케이스와 상기 배출케이스를 상기 연결케이스로 연결한 구조를 가지고,
상기 중공사의 길이방향의 어느 한쪽 말단이 상기 유입케이스 측에 위치하고, 다른 한쪽 말단이 상기 배출케이스 측에 위치하도록 상기 케이스 내에 배치된 것인 유체교환막 모듈. - 제18항에 있어서,
상기 연결케이스의 양쪽 말단에 상기 중공사를 고정하는 포팅부를 포함하는 것인 유체교환막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 수분교환막은 평막 형태이고, 상기 제1 유체는 상기 평막의 일면을 따라 흐르고, 상기 제2 유체는 상기 평막의 다른 일면을 따라 흐르도록 케이스와 상기 유체교환막을 배치한 것인 유체교환막 모듈. - 제20항에 있어서,
상기 케이스는 내부 공간을 가지며, 상기 케이스 외부에서 상기 내부 공간으로 유체를 공급하고, 상기 내부 공간에서 케이스 외부로 유체를 배출하도록 두 쌍의 유체유입구 및 유체배출구가 형성된 구조를 가지며,
상기 유체교환막은 상기 평막의 둘레가 상기 케이스의 내부벽과 접촉하여 상기 케이스의 내부 공간을 이분하되, 상기 이분된 내부 공간 중 어느 하나의 공간은 한 쌍의 유체유입구 및 유체배출구와 연결되고, 이분된 내부 공간 중 다른 하나의 공간은 다른 한 쌍의 유체유입구 및 유체배출구와 연결되도록 상기 케이스 내에 배치되는 것인 유체교환막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 유체교환막 모듈은 수분 공급 모듈, 열교환 모듈, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈인 유체교환막 모듈.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130116305A KR101993237B1 (ko) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 유체교환막 모듈 |
| JP2016518673A JP6190523B2 (ja) | 2013-09-30 | 2014-09-29 | 流体交換膜モジュール |
| CN201480054198.XA CN105594042B (zh) | 2013-09-30 | 2014-09-29 | 流体交换膜组件 |
| EP14850035.8A EP3054515B1 (en) | 2013-09-30 | 2014-09-29 | Moisture exchange membrane module |
| US15/025,089 US10158129B2 (en) | 2013-09-30 | 2014-09-29 | Fluid exchange membrane module |
| PCT/KR2014/009139 WO2015047007A1 (ko) | 2013-09-30 | 2014-09-29 | 유체교환막 모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130116305A KR101993237B1 (ko) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 유체교환막 모듈 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150037082A true KR20150037082A (ko) | 2015-04-08 |
| KR101993237B1 KR101993237B1 (ko) | 2019-06-26 |
Family
ID=52744008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130116305A KR101993237B1 (ko) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 유체교환막 모듈 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10158129B2 (ko) |
| EP (1) | EP3054515B1 (ko) |
| JP (1) | JP6190523B2 (ko) |
| KR (1) | KR101993237B1 (ko) |
| CN (1) | CN105594042B (ko) |
| WO (1) | WO2015047007A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180069617A (ko) * | 2016-12-15 | 2018-06-25 | 현대자동차주식회사 | 가습 냉각 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| WO2022164067A1 (ko) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지 막가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107445277A (zh) * | 2017-09-27 | 2017-12-08 | 长沙华时捷环保科技发展股份有限公司 | 含氰废水的处理方法、设备及其应用 |
| CN111566861B (zh) * | 2017-12-29 | 2023-07-18 | 可隆工业株式会社 | 用于燃料电池的膜加湿器 |
| KR102216355B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2021-02-16 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 유체의 흐름 방향 제어가 가능한 연료전지 막가습기 |
| KR20200122211A (ko) * | 2019-04-17 | 2020-10-27 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지용 가습기 및 그것을 위한 패킹 부재 |
| CN110860207A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-06 | 江苏远东环保工程有限公司 | 一种双进口耦合脉冲流动强化膜蒸馏系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090013304A (ko) | 2007-08-01 | 2009-02-05 | 주식회사 코오롱 | 중공사막 및 그 제조방법 |
| KR20090100437A (ko) * | 2007-05-22 | 2009-09-23 | 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤 | 중공사막 모듈과 그 제조 방법 및 중공사막 모듈 조립체와 이를 사용한 현탁수의 정화 방법 |
| KR20120102988A (ko) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 막 가습기 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2929706C2 (de) * | 1979-07-21 | 1982-09-30 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Atemluftanfeuchter und -erwärmer für Beatmungseinrichtungen |
| JPH0857266A (ja) * | 1994-08-24 | 1996-03-05 | Toray Ind Inc | 流体処理装置 |
| US6653012B2 (en) * | 2000-01-19 | 2003-11-25 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Humidifier |
| JP4610715B2 (ja) * | 2000-11-06 | 2011-01-12 | Ｎｏｋ株式会社 | 加湿装置 |
| JP4653334B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2011-03-16 | 本田技研工業株式会社 | 中空糸膜式加湿器 |
| KR100527469B1 (ko) | 2003-10-10 | 2005-11-09 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 스택의 온도/습도 제어장치 및 방법 |
| JP2005156039A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Nissan Motor Co Ltd | 中空糸膜モジュール及び中空糸膜加湿器 |
| DE102004022311B4 (de) * | 2004-05-04 | 2006-12-28 | Daimlerchrysler Ag | Feuchtigkeitsaustauschmodul mit einem Bündel von für Feuchtigkeit durchlässigen Hohlfasermembranen |
| DE102004022312B4 (de) | 2004-05-04 | 2009-04-16 | Daimler Ag | Feuchtigkeitsaustauschmodul mit einem Bündel von für Feuchtigkeit durchlässigen Hohlfasermembranen |
| DE102004022539B4 (de) * | 2004-05-05 | 2006-05-24 | Daimlerchrysler Ag | Feuchtigkeitsaustauschmodul mit einem Bündel von für Feuchtigkeit durchlässigen Hohlfasermembranen |
| DE102005025643A1 (de) * | 2004-06-15 | 2006-01-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung und Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren |
| JP2007046801A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Nissan Motor Co Ltd | 加湿装置 |
| JP2009199741A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Toyota Motor Corp | 燃料電池及び加湿器 |
| EP2507860B1 (en) * | 2009-12-04 | 2017-10-18 | Kolon Industries, Inc. | Humidifier for fuel cell |
| KR101294162B1 (ko) * | 2011-07-14 | 2013-08-08 | 기아자동차주식회사 | 연료전지용 가습장치 |
| CN104169655A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-11-26 | 日产自动车株式会社 | 加湿器 |
-
2013
- 2013-09-30 KR KR1020130116305A patent/KR101993237B1/ko active IP Right Grant
-
2014
- 2014-09-29 CN CN201480054198.XA patent/CN105594042B/zh active Active
- 2014-09-29 EP EP14850035.8A patent/EP3054515B1/en active Active
- 2014-09-29 WO PCT/KR2014/009139 patent/WO2015047007A1/ko active Application Filing
- 2014-09-29 US US15/025,089 patent/US10158129B2/en active Active
- 2014-09-29 JP JP2016518673A patent/JP6190523B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090100437A (ko) * | 2007-05-22 | 2009-09-23 | 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤 | 중공사막 모듈과 그 제조 방법 및 중공사막 모듈 조립체와 이를 사용한 현탁수의 정화 방법 |
| KR20090013304A (ko) | 2007-08-01 | 2009-02-05 | 주식회사 코오롱 | 중공사막 및 그 제조방법 |
| KR20120102988A (ko) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 막 가습기 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180069617A (ko) * | 2016-12-15 | 2018-06-25 | 현대자동차주식회사 | 가습 냉각 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| WO2022164067A1 (ko) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 연료전지 막가습기 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101993237B1 (ko) | 2019-06-26 |
| US20160240870A1 (en) | 2016-08-18 |
| US10158129B2 (en) | 2018-12-18 |
| EP3054515A4 (en) | 2017-05-10 |
| CN105594042A (zh) | 2016-05-18 |
| JP6190523B2 (ja) | 2017-08-30 |
| WO2015047007A1 (ko) | 2015-04-02 |
| JP2016533258A (ja) | 2016-10-27 |
| CN105594042B (zh) | 2019-04-19 |
| EP3054515A1 (en) | 2016-08-10 |
| EP3054515B1 (en) | 2021-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101993237B1 (ko) | 유체교환막 모듈 | |
| KR102098641B1 (ko) | 중공사막 모듈 | |
| KR102002386B1 (ko) | 중공사막 모듈 | |
| KR101996477B1 (ko) | 중공사막 카트리지형 가습 모듈 및 그 제조방법 | |
| KR101375447B1 (ko) | 연료전지용 가습기 | |
| KR102170523B1 (ko) | 연료전지 막가습기 | |
| KR102186188B1 (ko) | 중공사막 가습 모듈 | |
| US20170100701A1 (en) | Hollow fiber membrane module | |
| KR20140099752A (ko) | 중공사막 및 이를 포함하는 중공사막 모듈 | |
| KR20210114716A (ko) | 연료전지용 막가습기 | |
| TWI686006B (zh) | 可控制流體的流動方向的燃料電池膜加濕器 | |
| KR102006140B1 (ko) | 유체교환막 모듈 | |
| KR20150113503A (ko) | 유체교환막 모듈 | |
| KR102068135B1 (ko) | 중공사막 모듈 | |
| KR101447496B1 (ko) | 중공사막 모듈 | |
| KR20220043352A (ko) | 연료전지용 가습기의 카트리지 및 연료전지용 가습기 | |
| KR20160038227A (ko) | 중공사막 모듈 | |
| KR20150078541A (ko) | 유체교환막 모듈 | |
| KR102006141B1 (ko) | 유체교환막 모듈 | |
| KR20150037103A (ko) | 유체교환막, 이의 제조 방법 및 유체교환막을 포함하는 유체교환막 모듈 | |
| CN210110934U (zh) | 一种燃料电池增湿器及燃料电池 | |
| JP2018533829A (ja) | バイポーラプレートを有する燃料電池スタック、および燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |