KR20220057178A - 가습막 조립체 및 이를 포함하는 막가습기 - Google Patents

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이양우
강병훈
이상민
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 내부 및 외부에 각각 제1유체 및 제2유체가 유동되는 복수의 중공사막을 포함하는 가습막; 상기 가습막의 일단에 결합되어 복수의 중공사막의 일단을 고정하는 제1포팅부; 및 상기 가습막의 타단에 결합되어 복수의 중공사막의 타단을 고정하는 제2포팅부;를 포함하고, 고정밴드, 고정프레임 또는 구획부재를 통해 가습막의 형상을 변형함에 따라, 가습 효율이 증가될 수 있는 가습막 조립체 및 이를 포함하는 막가습기에 관한 것이다.

Description

가습막 조립체 및 이를 포함하는 막가습기{MEMBRANE HUMIDIFICATION ASSEMBLY AND MEMBRANE HUMIDIFICATION DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 가습막 조립체 및 이를 포함하는 막가습기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 중공사막을 포함하여 두 유체 간의 수분을 교환하는 가습막 조립체와, 상기 가습막 조립체 및 다른 장치들을 어셈블리로 구성한 막가습기에 관한 것이다.
막가습기는 서로 다른 습도를 가진 두 유체 간 수분 교환을 통해 저습의 유체에 수분을 공급하도록 제공되는 장치이다. 이때 상기 막가습기는 복수의 중공사형 막(이하 '중공사막'이라 함.)을 포함하여 중공사막 내부 및 외부에 서로 다른 유체가 유동되어 막을 중심으로 수분이 투과되는 형태가 흔히 사용된다.
이러한 막가습기는 연료전지가 동력원인 수소차 등에서 많이 사용되고 있다. 이때 연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시키어 전기에너지를 발생시키는 장치로, 보통의 전지는 전지 내에 미리 채워놓은 화학물질에서 나오는 화학 에너지를 전기 에너지로 전환하지만 연료전지는 연료와 산소를 지속적으로 공급받아 화학반응을 통해 생성된 전기를 공급하는 장치이다. 여기서 연료전지는 함수율이 일정 수준 유지되어야 발전 효율이 높아짐에 따라, 연료전지용 막가습기가 차량 내에 함께 탑재된다.
상술한 바와 같이 차량에 탑재되는 막가습기에 대한 기술로 현재 한국공개특허공보 제10-2019-0138288호("연료전지 막가습기", 2019.12.12. 공개) 등이 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 위 문헌의 막가습기(1)는, 미들케이스(2), 상기 미들케이스(2) 내부에 배치되어 복수의 중공사막 카트리지들(3a)로 형성된 중공사막 모듈(3)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 미들케이스(2)에는 유동되는 유체와 외부 대기압과의 차이에 의해 변형을 방지하는 압력 버퍼부(4)가 형성될 수 있으며, 상기 미들케이스(2)의 전후방은 한 쌍의 캡 케이스(5)를 통해 밀폐될 수 있다. 여기서, 상기 막가습기(1)는, 제1유체가 유동되는 제1유체 유입구(6a) 및 제1유체 배출구(6b)와, 제2유체가 유동되는 제2유체 유입구(7a) 및 제2유체 배출구(7b)를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1유체 유입구(6a) 및 제1유체 배출구(6b)는 한 쌍의 상기 캡 케이스(5) 상에 배치되어 제1유체가 복수의 중공사막 카트리지들(3a) 내부로 유동되도록 하고, 상기 제2유체 유입구(7a) 및 제2유체 배출구(7b)는 상기 미들케이스(2) 상에 배치되어 복수의 중공사막 카트리지들(3a) 외부로 유동될 수 있다.
다만, 위와 같은 구조로 구성된 종래의 막가습기는 복수의 중공사막 카트리지들을 미들케이스 내부에 지지재(포팅)로 고정하는 과정에 있어 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 이는 생산 효율성이 저하되는 문제로 이어질 수 있다. 이와 더불어 기존 막가습기들은 중공사막 외부로 유동되는 습공기의 유동형태가 변화되는 경우 이에 대응하는 구조가 포함되지 않아 가습 효율이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-2019-0138288 A (2019.12.12. 공개) KR 10-2019-0081736 A (2019.07.09. 공개) KR 10-1938340 B1 (2019.01.14. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유체의 유동형태에 따라 가습막 조립체의 형상을 비규칙적으로 변형하여 가습 효율이 보다 향상되는 막가습기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 가습막 케이스 내부에 배치되어 제1유체 및 제2유체 간의 수분이 교환되는 가습막 조립체에 있어서, 내부 및 외부에 각각 제1유체 및 제2유체가 유동되는 복수의 중공사막을 포함하는 가습막; 상기 가습막의 일단에 결합되어 복수의 중공사막의 일단을 고정하는 제1포팅부; 상기 가습막의 타단에 결합되어 복수의 중공사막의 타단을 고정하는 제2포팅부; 및 상기 가습막의 양단 사이에 배치되는 하나 이상의 고정수단;을 포함하고, 상기 고정수단이 가습막의 면적을 조절할 수 있다.
또한, 상기 고정수단은 탄성체로 형성된 하나 이상의 고정밴드;를 포함하며, 상기 고정밴드는 복수의 중공사막을 가압 고정할 수 있다.
또한, 상기 고정수단은 강성체로 형성된 하나 이상의 고정프레임;을 포함하며, 상기 고정프레임의 중공에 복수의 중공사막이 관통하도록 삽입될 수 있다.
또한, 상기 고정수단은 일 방향으로 개구된 하나 이상의 구획부재;를 포함하며, 상기 구획부재는 복수의 수용부가 형성되되, 복수의 수용부 상에 복수의 중공사막이 나누어 안착될 수 있다.
또한, 상기 구획부재는 복수로 이루어지되, 복수의 상기 구획부재 중 일부가 서로 다른 수의 중공을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정수단은 복수로 이루어져, 상기 가습막의 양단 방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.
또한, 복수의 중공사막은 행렬로 복수의 레이어를 포함하고, 각 레이어에 배치된 중공사막이 복수로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 레이어 중 일부가 서로 다른 수의 중공사막을 포함할 수 있다.
또한, 복수의 중공사막은 소정거리 서로 이격 배치되되, 일부의 중공사막 간의 간격이 상기 소정거리보다 크게 이격되어 공간부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 가습막은 서로 이격된 복수의 단위가습막을 포함하되, 상기 단위가습막은 복수의 중공사막이 모여 형성될 수 있다.
또한, 복수의 단위가습막 각각에는, 상기 고정수단이 하나 이상 배치될 수 있다.
또한, 일단이 고정된 상기 단위가습막이 복수 개로 나누어져 결합될 수 있다.
또한, 나누어진 하나의 상기 단위가습막의 일부와, 나누어진 다른 하나의 상기 단위가습막의 일부가, 서로 결합될 수 있다.
또한, 나누어진 상기 단위가습막은, 타단에서 하나로 재결합되어 고정될 수 있다.
또한, 나누어진 상기 단위가습막 각각이 하나 이상의 고정수단으로 결합될 수 있다.
아울러, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 막가습기는, 상술한 가습막 조립체; 상기 가습막 조립체가 내부에 수용되는 가습막 케이스; 및 상기 가습막 케이스의 일단에 결합되는 열교환부;를 포함하고, 상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나가 상기 열교환부를 거쳐 상기 가습막 조립체로 유입될 수 있다.
또한, 상기 열교환부에는 제1유체가 유입되는 제1유체 유입구가 배치되고, 상기 가습막 케이스는, 일단이 상기 열교환기와 결합되어 상기 가습막 조립체가 내부에 수용되는 제1케이스 및, 상기 제1케이스의 타단에 결합되되 제1유체가 배출되는 제1유체 배출구가 배치된 제2케이스,를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 열교환부에는 상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나와 다른 온도로 형성된 제3유체가 유동되어, 상기 제3유체가 상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나와 열교환될 수도 있다.
상술한 구성에 의한 본 발명에 따른 가습막 조립체는, 고정밴드, 고정프레임 및 구획부재를 이용하여 중공사막 다발의 형상을 조절할 수 있음에 따라 유체와 가습막과의 접촉면적이 높아지고 습도가 높은 유체가 가습막 중심까지 침투될 수 있어, 수분 교환에 관한 효율이 상승될 수 있는 장점이 있다. 이와 더불어 가습기 전반적에 걸쳐 수분교환 효율이 균일하게 구성하거나, 일부 영역에 대해 가습효율을 높여 보다 다양한 형태의 막가습기를 구성할 수 있는 효과로 이어진다.
본 발명에 따른 가습막 조립체는 포팅부를 통해 고정된 가습부를 통해 다른 구성과의 결합이 보다 용이해지는 장점이 있다. 이는 생산성이 향상되는 효과로 이어질 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 막가습기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막가습기를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체의 사시도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체의 평면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제1실시예의 다양한 변형예에 따른 가습막 조립체의 단면도.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 강성부재가 포함된 가습막 조립체의 사시도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 가습막 조립체의 사시도.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예의 다양한 변형예에 따른 가습막 조립체의 단면도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 강성부재가 포함된 가습막 조립체의 사시도.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체의 사시도.
도 15는 본 발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체의 평면도.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체의 파트별 단면도.
도 19는 본 발명의 제4실시예에 따른 가습막 조립체의 평면도.
도 20 및 도 21은 본 발명의 제4실시예에 따른 가습막 조립체의 파트별 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 막가습기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막가습기에 관한 것으로, 도 2는 막가습기의 사시도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 막가습기(10)는, 제1유체(F1) 및 제2유체(F2)가 수분이 교환되도록, 제1유체(F1) 및 제2유체(F2) 중 하나의 유체의 수분이 다른 하나의 유체로 공급되도록 형성될 수 있다. 이때 막가습기(10)는 가습막 케이스(20)를 포함하고, 상기 가습막 케이스(20)의 내부에서 두 유체(F1, F2) 간의 수분이 교환될 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 막가습기(10)는, 상기 제1유체(F1)가 유입 및 배출되는 제1유체 유입구(31) 및 제1유체 배출구(32)와, 상기 제2유체(F2)가 유입 및 배출되는 제2유체 유입구(33) 및 제2유체 배출구(34)를 포함할 수 있다. 여기서 가습막 케이스(20)는 내부에 가습막 조립체가 수납되어 두 유체(F1, F2)의 수분 교환이 이루어지는 제1케이스(21)와, 상기 제1케이스(21)에 결합되되 제1유체 유입구(31), 제1유체 배출구(32), 제2유체 유입구(33) 및 제2유체 배출구(34) 중 하나 이상이 배치되는 제2케이스(22)를 포함할 수도 있다.
아울러 본 발명에 따른 막가습기(10)는, 상기 가습막 케이스(20)의 일면에 결합되는 열교환부(40)를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 열교환부(40)는 제3유체(F3)가 유동되는 제3유체 유입구(41) 및 제3유체 배출구(42)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제3유체(F3)는 상기 제1유체(F1) 또는 제2유체(F2)와 열교환할 수 있다. 여기서, 상기 제3유체(F3)가 냉매인 경우에는, 제1유체(F1) 또는 제2유체(F2)에서 제3유체(F3)로 방열될 수 있다.
이후 후술되는 내용에서는 보다 명확한 설명을 위해, 도 2에서의 상측 방향을 상(上)방향(D1)으로 정의하고, 그 반대방향을 하(下)방향(D2)으로 정의하며, 이들을 상하방향(D12)으로 정의한다. 또한, 상기 제1케이스(21)에서 상기 제2케이스(22)로 향하는 방향(도 2에서 우측 윗방향)을 전(前)방향(D3)으로 정의하고, 그 반대방향을 후(後)방향(D4)으로 정의하며, 이들을 전후방향(D34)로 정의한다. 아울러, 도 2에서 왼쪽 윗방향을 좌(左)방향(D5)으로 정의하고, 그 반대방향을 우(右)방향(D6)으로 정의하며, 이들을 전후방향(D56)으로 정의한다. 이하, 막가습기 내부에 배치되는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가습막 조립체를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<제1실시예>
도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체에 관한 것으로, 도 3은 가습막 조립체의 사시도를, 도 4는 가습막 조립체의 평면도를, 도 5 내지 도 7은 도 4의 A-A`선에 따른 가습막 조립체의 단면도를, 도 8은 강성부재가 포함된 가습막 조립체의 사시도를 각각 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체(100)는 가습막(110), 포팅부(120) 및 고정밴드(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 가습막(110)은 복수의 중공사막을 포함하여, 중공사막의 내부를 지나는 제1유체(F1) 및 중공사막의 외부와 상술한 제1케이스(21)의 내부를 지나는 제2유체(F2) 간의 수분이 교환될 수 있다. 여기서 제1유체(F1) 및 제2유체(F2)는 여러 종류의 유체가 될 수 있으며, 이하 보다 명확한 설명을 위해 상기 제1유체(F1)를 저압의 건조 유체로 상기 제2유체(F2)는 고압의 습한 유체로 형성하는 것으로 예거하여 설명한다. 물론 본 발명은 이와 같은 유체의 종류로 한정하지는 아니한다. 그리고 상기 중공사막은 수분이 투과할 수 있는 재질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 폴리에테르이미드(Polyetherimide), 폴리페닐술폰(Polyphenylsulfone), 폴리이미드(Polyimide), 폴리술폰(Polysulfone) 또는 폴리에테르술폰(Polyethersulfone) 등의 재질로 구성될 수 있다.
상기 가습막(110)은 일단이 상기 열교환부(40)로 연결되고 타단이 상기 제2케이스(22)로 연결될 수 있다. 그리고 가습막(110)을 구성하는 복수의 중공사막을 고정하기 위해, 상기 가습막(110)의 양면에는 포팅부(120)가 형성될 수 있다. 여기서 상기 포팅부(120)는 제1포팅부(121) 및 제2포팅부(122)를 포함하되, 상기 제1포팅부(121)는 가습막(110)의 일면에 배치되어 열교환부(40)와 접하고, 상기 제2포팅부(122)는 가습막(110)의 타면에 배치되어 제2케이스(22)와 접할 수 있다.
상기 가습막(110)의 양단 사이에는 하나 이상의 고정밴드(130)가 배치될 수 있다. 이때 도면 상에서는 상기 고정밴드(130)가 제1고정밴드(131) 및 제2고정밴드(132)를 포함하되, 상기 제1고정밴드(131)가 제1포팅부(121)에 비교적 인접하고, 상기 제2고정밴드(132)가 제2포팅부(122)에 비교적 인접한 것을 도시하고 있다. 여기서 상기 고정밴드(130)는 탄성체로 이루어질 수 있으며, 도시된 바와 같이 고정밴드(130)가 배치된 영역에서 가습막(110)의 면적이 좁아지도록 가압 고정할 수 있다. 이에 따라 상기 고정밴드(130)를 통해 배치된 영역에 지나는 유체들의 유속 및 유압을 제어하고 교환 효율을 조절할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하자면, 상기 고정밴드(130)를 이용하여 가습막(110)은 전후방향을 따라 일정 간격마다 지그재그형태로 이루어짐에 따라, 상기 제1유체(F1) 및 제2유체(F2) 간 막을 중심으로 하는 접촉 면적이 보다 높아질 수 있다. 이때 상술한 일정 간격은 상기 제1유체(F1) 또는 제2유체(F2)의 유동 현상이나 상기 제1유체(F1) 및 제2유체(F2) 각각의 입출구 위치에 따라서 변동될 수 있다. 아울러 상기 고정밴드(130)가 배치되면, 가습막(110)의 구조안전성을 향상시킬 수 있으며, 포팅부(120)와의 결합이나 다른 구성과의 결합성을 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체(100)는 도 5 내지 도 7에서 도시된 바와 같이 다양한 형태의 가습막(110)으로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 가습막(110)은 전후방향으로 길이가 형성된 복수의 중공사막(110a)이 상하좌우 방향을 따라 행렬로 배치될 수 있다. 이때 상기 포팅부(120)에 결합된 복수의 중공사막(110a)의 단부는 상하좌우 방향을 따라 서로 소정거리 이격 배치될 수 있다. 그리고 상기 소정거리는 상술한 고정밴드(130)로 인해서 길이 방향을 따라 가변될 수 있다.
도 6을 참조하면, 복수의 상기 중공사막(110a)은 상하방향으로 복수의 레이어층(111,112,113,...,11N)을 형성할 수 있다. 여기서 행 또는 열 방향으로 배치된 레이어층마다 복수의 중공사막(110a)이 배치될 수 있으며, 각 레이어층에 배치된 중공사막(110a)의 수가 서로 동일하거나, 일부 레이어층과 다른 일부의 레이어층에 서로 다른 수의 중공사막(110a)이 배치될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이 복수의 중공사막(110a)은 서로 소정간격으로 이격 배치되되, 복수의 중공사막(110a) 중 일부가 소정거리 보다 크게 이격되어 하나 이상의 공간부(C1,C2)를 형성할 수도 있다. 그리고 가습막(110)은 상기 공간부(C1,C2)가 상하방향의 중심부에 배치됨에 따라, 제2유체(F2)가 가습막(110)의 중심부까지도 원활하게 유동할 수 있도록 제공될 수 있다.
아울러 본 발명은, 가습막 케이스(20)의 내측의 상하좌우 방향의 내경 대비 가습막(110)이 형성하는 상하좌우 방향의 단면적이 일정 비율을 가진 충진율로 구성될 수도 있다. 본 발명의 일 예에 따른 충진율은 30% 내지 70% 사이일 수 있다. 이때 가습막(110)이 길이 방향을 따라 단면적이 변화함에 따라 상기 충진율 또한 길이 방향을 따라 변동될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가습막 조립체(100)는, 상기 가습막(110)의 전후방향의 양단 사이에 배치되는 하나 이상의 고정프레임(140)을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 고정프레임(140)은 강성체로 이루어져 상하좌우 방향으로 일정 내경을 가질 수 있으며, 가습막(110)이 내부에 삽입될 수 있도록 배치될 수 있다. 이에 상기 가습막(110)의 단면적이 상기 고정프레임(140)의 내경에 맞추어 변화됨에 따라 충진율이 제어될 수 있다.
상기 고정밴드(130) 및 고정프레임(140)은 가습막(110) 상에 하나 이상이 배치될 수 있으며, 복수의 고정밴드(130)가 전후 방향으로 서로 이격 배치되고, 그 사이사이에 상기 고정프레임(140)이 배치될 수도 있다. 이에 따라 상기 가습막(110)은 상기 고정밴드(130)가 배치된 영역에서 단면적이 좁아져 충진율이 낮아지고, 상기 고정프레임(140)이 배치된 영역에서 단면적이 넓어져 충진율이 높아지도록 조절될 수 있다.
<제2실시예>
도 9 내지 도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 가습막 조립체에 관한 것으로, 도 9는 가습막 조립체의 사시도를, 도 10 내지 도 12는 도 9의 B-B`선에 따른 가습막 조립체의 단면도를, 도 13은 강성부재가 포함된 가습막 조립체의 사시도를 각각 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 가습막 조립체(200)는 가습막(210), 포팅부(220) 및 고정밴드(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 가습막(210)은 복수의 단위가습막으로 나뉠 수 있다. 이를 보다 명확하게 설명하도록 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213)을 포함하는 3개의 단위가습막(211,212,213)이 가습막(210)을 형성하는 것으로 예거하여 설명한다. 상기 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213)은 전후방향의 양단이 열교환부(40) 및 제2케이스(22)로 각각 연결될 수 있다. 그리고 3개의 단위가습막(211,212,213)은 각각 복수의 중공사막을 포함할 수 있으며, 각각의 중공사막을 고정하기 위해, 상기 가습막(210)의 양면에는 포팅부(220)가 형성될 수 있다. 이때 상기 포팅부(220)는 제1포팅부(221) 및 제2포팅부(222)를 포함하되, 상기 제1포팅부(221)는 3개의 단위가습막(211,212,213) 각각의 일단을 고정하되 열교환부(40)와 접하고, 상기 제2포팅부(222)는 3개의 단위가습막(211,212,213) 각각의 타단을 고정하되 상기 제2케이스(22)와 접할 수 있다. 아울러 상기 3개의 단위가습막(211,212,213)은 좌우방향 또는 상하방향으로 서로 이격 배치될 수 있으며, 좌우방향으로 서로 이격된 경우에는 각각이 상하방향으로 일정 높이를 가지고, 상하방향으로 이격된 경우에는 각각이 좌우방향으로 일정 폭을 가질 수 있다. 여기서 3개의 단위가습막(211,212,213) 간 이격된 거리는 제품사양에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 상기 제1단위가습막(211) 및 제2단위가습막(212) 사이의 이격 거리와 상기 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213) 사이의 이격 거리가 일정한 경우에는 상기 제1유체(F1) 및 제2유체(F2) 와의 접촉이 보다 향상되는 장점으로 이어질 수 있다.
상기 가습막(210)에는 복수의 고정밴드(230)가 배치될 수 있다. 보다 상세히는, 3개의 단위가습막(211,212,213) 각각에 하나 이상의 고정밴드(230)가 배치될 수 있다. 이때 상기 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213) 중 어느 하나 이상에는 복수의 고정밴드(230)가 배치될 수도 있다. 그리고 도시된 바와 같이 제1고정밴드(231) 및 제2고정밴드(232)를 포함하는 복수의 고정밴드(230)가 상기 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213) 중 어느 하나의 전후방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212) 및 제3단위가습막(213) 중 어느 하나 이상은 전후방향으로 단면적이 변화됨에 따라 충진률이 변화될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 가습막 조립체(200)는 도 10 내지 도 12에서 도시된 바와 같이 다양한 형태의 가습막(210)으로 구성될 수 있다.
도 10에서 도시된 바와 같이, 상기 가습막(210)은 좌우방향으로 서로 이격 배치된 복수의 단위가습막(211,212,213)을 포함할 수 있으며, 복수의 단위가습막(211,212,213) 각각이 복수의 중공사막(210a)을 포함할 수 있다. 그리고 복수의 단위가습막(211,212,213)은 좌우방향으로 제1폭(W1)만큼 이격된 제1단위가습막(211) 및 제2단위가습막(212)을 포함하고, 상기 제2단위가습막(212)과 좌우방향으로 제2폭(W2)만큼 이격된 제3단위가습막(213)을 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 가습막(210)은, 상기 제1폭(W1) 및 제2폭(W2)이 서로 동일하거나, 제1폭(W1) 및 제2폭(W2)이 서로 상이하도록 배치될 수도 있다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 가습막(210)은 상하방향으로 서로 이격 배치된 복수의 단위가습막(211,212,213)을 포함할 수 있으며, 복수의 단위가습막(211,212,213) 각각이 복수의 중공사막(210a)을 포함할 수 있다. 그리고 복수의 단위가습막(211,212,213)은 상하방향으로 제1높이(h1) 이격된 제1단위가습막(211) 및 제2단위가습막(212)을 포함하고, 상기 제2단위가습막(212)과 상하방향으로 제2높이(h2) 이격된 제3단위가습막(213)을 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 가습막(210)은, 상기 제1높이(h1) 및 제2높이(h2)가 서로 동일하거나, 제1높이(h1) 및 제2높이(h2)가 서로 상이하도록 배치될 수도 있다.
도 12에서 도시된 바와 같이, 상기 가습막(210)은 상하방향 및 좌우방향으로 서로 이격 배치된 복수의 단위가습막(211,212,213,214)을 포함할 수 있다. 그리고 복수의 단위가습막(211,212,213,214)은 제1단위가습막(211), 제2단위가습막(212), 제3단위가습막(213), 제4단위가습막(214)을 포함할 수 있다. 이때 상기 제1단위가습막(211) 및 제2단위가습막(212)은 상하방향으로 일정높이(h)만큼 이격되고, 상기 제3단위가습막(213) 및 제4단위가습막(214)도 상하방향으로 일정높이(h)만큼 이격될 수 있으며, 제1단위가습막(211) 및 제2단위가습막(212)의 이격 높이와 제3단위가습막(213) 및 제4단위가습막(214)의 이격 높이가 서로 동일하거나 상이하도록 배치될 수도 있다. 아울러 제1단위가습막(211) 및 제3단위가습막(212)은 좌우방향으로 일정폭(W)만큼 이격되고, 상기 제2단위가습막(212) 및 제4단위가습막(214) 또한 좌우방향으로 일정폭(W)으로 이격되되, 제1단위가습막(211) 및 제3단위가습막(213)의 이격 폭과 제2단위가습막(212) 및 제4단위가습막(214)의 이격 폭이 서로 동일하거나 상이하도록 배치될 수도 있다. 이때 복수의 단위가습막(211,212,213,214) 각각이 포함하는 중공사막의 수 또한 일부가 동일하거나 상이하도록 배치될 수도 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 가습막 조립체(200)는, 상기 가습막(210) 상에 배치되는 하나 이상의 고정프레임(240)을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 고정프레임(240)은 복수의 단위가습막(211,212,213) 상에 각각 배치되거나, 복수의 단위가습막(211,212,213) 중 어느 하나 이상에 배치될 수도 있다. 아울러 상기 고정프레임(240)은 복수의 단위가습막(211,212,213) 중 어느 하나에 복수 개가 배치될 수도 있다. 이에 따라 복수의 단위가습막(211,212,213) 각각은 고정밴드(230) 및 고정프레임(240)을 통해 지그재그 형태로 단면적이 가변됨에 따라 내외부를 흐르는 유체간의 접촉면적이 변화될 수 있다.
<제3실시예>
도 14 내지 도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체에 관한 것으로, 도 14는 가습막 조립체의 사시도를, 도 15는 가습막 조립체의 평면도를, 도 16 내지 도 18은 파습막 조립체의 파트별 단면도를 각각 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체(300)는 가습막(310) 및 포팅부(320)를 포함하고, 고정밴드(330) 또는 고정프레임(340)으로 구성된 고정수단을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 포팅부(320)는 제1포팅부(321) 및 제2포팅부(322)를 포함할 수 있으며, 상기 제1포팅부(321)는 상기 가습막(310)의 일단을 고정하고 상기 제2포팅부(322)는 상기 가습막(310)의 타단을 고정할 수 있다. 여기서 상기 가습막(310)은 복수의 중공사막으로 구성될 수 있으며, 복수의 중공사막들의 양단이 상기 제1포팅부(321) 및 제2포팅부(322)를 통해 고정될 수 있다.
제1포팅부(321)를 통해 일단이 고정된 상기 가습막(310)은 타단으로 향하면서 복수의 중공사막들이 나누어질 수 있으며, 나누어진 복수의 중공사막들은 상기 고정수단을 통해 취합되어 고정될 수 있다. 이를 보다 명확히 설명하자면, 상기 가습막(310)은 제1단위가습막(311)을 포함할 수 있으며, 상기 제1단위가습막(311)의 일단 및 타단이 상기 제1포팅부(321) 및 제2포팅부(322)를 통해 고정될 수 있다. 그리고 상기 제1단위가습막(311)은 타단으로 향하면서 제1-1단위가습막(311a) 및 제1-2단위가습막(311b)을 포함하는 복수의 분할체로 분류될 수 있으며, 각 분할체들은 상기 고정수단을 통해 취합되어 일체로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1단위가습막(311)은 타단에서 나누어진 복수의 분할체가 하나로 다시 합쳐져 고정될 수 있다. 이때 상기 고정수단은 상기 제1단위가습막(311)이 나누어지는 영역과 독립적으로 분할체를 구성한 영역 및 다시 합쳐지는 영역 중 적어도 하나 이상에 배치될 수 있다.
상기 가습막(310)은 제1단위가습막(311) 및 제2단위가습막(322)을 포함하여 복수의 단위가습막으로 구성될 수 있다. 그리고 복수의 단위가습막은 좌우방향 또는 상하방향으로 서로 이격배치될 수 있으며, 양단이 상기 제1포팅부(321) 및 제2포팅부(322)로 각각 고정될 수 있다. 여기서 복수의 단위가습막 중 일부는 상술한 바와 같이 복수의 분할체로 나누어질 수 있으며, 복수의 단위가습막 중 인접한 한 쌍의 단위가습막이 각각 복수의 분할체로 나누어진 상태에서, 각각의 분할체가 고정수단을 통해 결합되어 일체로 형성될 수도 있다. 이때 제1단위가습막(311)이 2개의 분할체(311a,311b)로 제2단위가습막(312)이 2개의 분할체(312a,312b)로 각각 분할되는 경우로 예거하자면 다음과 같다.
상기 제1단위가습막(311)이 일정영역에서 제1-1단위가습막(311a) 및 제1-2단위가습막(311b)으로 분할될 수 있다. 그리고 상기 제2단위가습막(312)이 일정영역에서 제2-1단위가습막(312a) 및 제2-2단위가습막(312b)으로 분할될 수 있다. 이때 상기 제1-2단위가습막(311b) 및 제2-1단위가습막(312a)은 서로 인접한 측으로 배치되고, 상기 제1-1단위가습막(311a) 및 제2-2단위가습막(312b)이 비교적 먼 거리에 배치될 수 있다. 여기서 상기 제1-2단위가습막(311b) 및 제2-1단위가습막(312a)은 고정수단을 통해 일체로 결합될 수 있으며, 상기 고정수단은 탄성을 가져 압박 고정하는 고정밴드(330) 또는 강성체로 이루어져 일정 체적 내에 복수의 중공사막을 수용하는 고정프레임(340)으로 구성될 수 있다. 이때 상기 고정수단은 고정밴드(330) 및 고정프레임(340)을 모두 활용하거나, 상기 고정수단은 고정밴드(330) 및 고정프레임(340) 중 일부가 복수로 구성되는 등 다양한 방식으로 활용될 수 있다.
도 15를 참조하면, 상기 제1-1단위가습막(311a), 상기 제1-2단위가습막(311b) 및 제2-1단위가습막(312a)의 결합체와, 상기 제2-2단위가습막(312b)은 상술한 바와 같이 고정수단이 각각 결합될 수 있으며, 일 예로 각각에 고정프레임(340)이 결합될 수 있다. 이때 상기 고정프레임(340)은 복수로 이루어져 제1고정프레임(341), 제2고정프레임(342) 및 제3고정프레임(343)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1고정프레임(341)은 상기 제1-1단위가습막(311a)을 고정하고, 상기 제2고정프레임(342)은 상기 제1-2단위가습막(311b) 및 제2-1단위가습막(312a)의 결합체를 고정하며, 상기 제3고정프레임(343)은 상기 제2-2단위가습막(312b)을 고정할 수 있다. 이에 따라 하나의 단위가습막 사이에도 상기 제2유체(F2)가 유동되어 제1유체(F1)와의 접촉면적이 증대될 수 있는 장점이 있다.
상기 고정수단은 복수의 고정밴드(330)를 포함할 수 있다. 이때 복수의 고정밴드(330)는 제1고정밴드(331), 제2고정밴드(332), 제3고정밴드(333) 및 제4고정밴드(334)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1고정밴드(331)는 상기 제1포팅부(321)에 인접하도록 배치되어 하나의 단위가습막이 분할되기 전에 복수의 중공사막을 가압 고정할 수 있고, 상기 제2고정밴드(332)는 상기 제2포팅부(322)에 인접하도록 배치되어 하나의 단위가습막이 재결합된 이후 복수의 중공사막을 가압 고정할 수 있다. 그리고 상기 제3고정밴드(333) 및 제4고정밴드(334)는 상기 고정프레임(340)에 인접하도록 배치되어 복수의 중공사막을 가압 고정할 수도 있다.
이에 따라 본원발명의 제3실시예에 따른 가습막 조립체(300)는, 전후방향을 따라 절개된 단면도인 도 17 내지 도 19에서 도시된 바와 같이, 충진율이 변화되어 보다 효율적인 수분 교환이 가능한 장치를 제공할 수 있다. 그리고 복수의 중공사막이 소정거리 이격 배치된 가습막(310)이 제1단위가습막(311) 및 제2단위가습막(312)으로 분할되어 그 사이로 상기 제2유체(F2)가 유동될 수 있으며, 상기 제1단위가습막(311) 및 제2단위가습막(312) 또한 제1-1단위가습막(311a), 제1-2단위가습막(311b), 제2-1단위가습막(312a) 및 제2-2단위가습막(312b)으로 분할되어 그 사이로 상기 제2유체(F2)가 유동되어 접촉면적을 보다 늘릴 수 있다.
<제4실시예>
도 19 내지 도 21은 본 발명의 제4실시예에 따른 가습막 조립체에 관한 것으로, 도 19는 가습막 조립체의 평면도를, 도 20 및 도 21은 가습막 조립체의 파트별 단면도를 각각 나타낸다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 가습막 조립체(400)는 가습막(410), 포팅부(420) 및 구획부재(430)를 포함할 수 있다. 이때 상기 포팅부(420)는 제1포팅부(421) 및 제2포팅부(422)를 포함할 수 있으며, 상기 제1포팅부(421)는 상기 가습막(410)의 일단을 고정하고 상기 제2포팅부(422)는 상기 가습막(410)의 타단을 고정할 수 있다. 여기서 상기 가습막(410)은 복수의 중공사막으로 구성될 수 있으며, 복수의 중공사막들의 양단이 상기 제1포팅부(421) 및 제2포팅부(422)를 통해 고정될 수 있다.
보다 명확한 설명을 위해 도 20 및 도 21을 함께 참조하여 설명하자면, 상기 구획부재(430)는 상측으로 개구된 복수의 수용부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 복수의 수용부는 좌우 방향으로 서로 이격 배치되고, 상기 구획부재(430)의 복수의 수용부에는 상기 가습막(410)의 복수의 중공사막이 나누어 배치됨에 따라 상기 가습막(410)을 복수의 단위가습막으로 구분할 수 있다. 아울러 상기 구획부재(430)는 복수로 이루어져 전후 방향으로 서로 이격 배치될 수 있으며, 복수의 구획부재(430)중 일부가 서로 다른 수의 수용부를 포함하거나, 서로 다른 좌우 너비의 수용부를 포함하여 쪼개진 단위가습막을 다양한 형태로 변형할 수 있다. 2개의 수용부를 가진 제1구획부재(431) 및 제2구획부재(432)와, 3개의 수용부를 가진 제3구획부재(433) 및 제4구획부재(434)를 예거하여 설명하자면 다음과 같다.
상기 제1구획부재(431) 및 제2구획부재(432)는 각각 상기 제1포팅부(421) 및 제2포팅부(422)에 인접하도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 제1포팅부(421)에 일단이 고정된 상기 가습막(410)은 상기 제1구획부재(431)의 2개의 수용부로 복수의 중공사막이 나누어져 제1단위가습막(411) 및 제2단위가습막(412)으로 형성될 수 있다.
상기 제3구획부재(433) 및 제4구획부재(434)는 상기 제1구획부재(431)와 제2구획부재(432) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 상기 제3구획부재(433)는 상기 제1구획부재(431)에 인접하도록, 상기 제4구획부재(434)는 상기 제2구획부재(432)에 인접하도록 각각 배치될 수 있다. 이때 상기 제1구획부재(431)에서 나눠진 제1단위가습막(411) 및 제2단위가습막(412)은 다시 나누어져 상기 제3구획부재(433)의 3개의 수용부에 안착될 수 있다. 여기서 상기 제1단위가습막(411)의 일부와 제2단위가습막(412)의 일부는 3개의 수용부 중 사이에 배치된 수용부 상에 안착될 수 있다. 이에 상기 제1단위가습막(411)은 제1-1단위가습막(411a) 및 제1-2단위가습막(411b)으로 다시 분할될 수 있고, 상기 제2단위가습막(412)은 제2-1단위가습막(412a) 및 제2-2단위가습막(412b)으로 다시 분할될 수 있다.
상기 제1-1단위가습막(411a), 제1-2단위가습막(411b), 제2-1단위가습막(412a) 및 제2-2단위가습막(412b)은 제4구획부재(434)의 3개의 수용부에도 나누어 안착될 수 있으며, 상기 제2구획부재(422)의 2개의 수용부를 통해 다시 제1단위가습막(411) 및 제2단위가습막(412)으로 취합되고, 타단이 제2포팅부(421)에 고정될 수 있다. 이를 통해 상기 가습막(410)의 복수의 중공사막 사이사이에 상기 제2유체(F2)가 통과될 수 있어 교환 효율이 향상되는 장점으로 이어질 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
C1 : 제1공간부 C2 : 제2공간부
F1 : 제1유체 F2 : 제2유체
F3 : 제3유체
10 : 막가습기
20 : 가습막 케이스
21 : 제1케이스 22 : 제2케이스
31 : 제1유체 유입구 32 : 제1유체 배출구
33 : 제2유체 유입구 34 : 제2유체 배출구
40 : 열교환부
41 : 제3유체 유입구 42 : 제3유체 배출구
100 : 가습막 조립체(제1실시예)
110 : 가습막 110a : 중공사막
111 : 제1레이어 112 : 제2레이어
113 : 제3레이어 11N : 제N레이어
120 : 포팅부
121 : 제1포팅부 122 : 제2포팅부
130 : 고정밴드
131 : 제1고정밴드 132 : 제2고정밴드
140 : 고정프레임
200 : 가습막 조립체(제2실시예)
210 : 가습막 210a : 중공사막
211 : 제1단위가습막 212 : 제2단위가습막
213 : 제3단위가습막 214 : 제4단위가습막
220 : 포팅부
221 : 제1포팅부 222 : 제2포팅부
230 : 고정밴드
231 : 제1고정밴드 232 : 제2고정밴드
240 : 고정프레임
300 : 가습막 조립체(제3실시예)
310 : 가습막
311 : 제1단위가습막
311a : 제1-1단위가습막 311b : 제1-2단위가습막
312 : 제2단위가습막
312a : 제2-1단위가습막 312b : 제2-2단위가습막
320 : 포팅부
321 : 제1포팅부 322 : 제2포팅부
330 : 고정밴드
331 : 제1고정밴드 332 : 제2고정밴드
333 : 제3고정밴드 334 : 제4고정밴드
340 : 고정프레임 341 : 제1고정프레임
342 : 제2고정프레임 343 : 제3고정프레임
400 : 가습막 조립체(제4실시예)
410 : 가습막
411 : 제1단위가습막
411a : 제1-1단위가습막 411b : 제1-2단위가습막
412 : 제2단위가습막
412a : 제2-1단위가습막 412b : 제2-2단위가습막
420 : 포팅부
421 : 제1포팅부 422 : 제2포팅부
430 : 구획부재
431 : 제1구획부재 432 : 제2구획부재
433 : 제3구획부재 434 : 제4구획부재

Claims (18)

  1. 가습막 케이스 내부에 배치되어 제1유체 및 제2유체 간의 수분이 교환되는 가습막 조립체에 있어서,
    내부 및 외부에 각각 제1유체 및 제2유체가 유동되는 복수의 중공사막을 포함하는 가습막;
    상기 가습막의 일단에 결합되어 복수의 중공사막의 일단을 고정하는 제1포팅부;
    상기 가습막의 타단에 결합되어 복수의 중공사막의 타단을 고정하는 제2포팅부; 및
    상기 가습막의 양단 사이에 배치되는 하나 이상의 고정수단;
    을 포함하고,
    상기 고정수단이 가습막의 면적을 조절하는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단은 탄성체로 형성된 하나 이상의 고정밴드;를 포함하며,
    상기 고정밴드는 복수의 중공사막을 가압 고정하는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단은 강성체로 형성된 하나 이상의 고정프레임;을 포함하며,
    상기 고정프레임의 중공에 복수의 중공사막이 관통하도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단은 일 방향으로 개구된 하나 이상의 구획부재;를 포함하며,
    상기 구획부재는 복수의 수용부가 형성되되, 복수의 수용부 상에 복수의 중공사막이 나누어 안착되는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구획부재는 복수로 이루어지되,
    복수의 상기 구획부재 중 일부가 서로 다른 수의 중공을 포함한 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단은 복수로 이루어져,
    상기 가습막의 양단 방향을 따라 서로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 중공사막은 행렬로 복수의 레이어를 포함하고,
    각 레이어에 배치된 중공사막이 복수인 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 레이어 중 일부가 서로 다른 수의 중공사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    복수의 중공사막은 소정거리 서로 이격 배치되되,
    일부의 중공사막 간의 간격이 상기 소정거리보다 크게 이격되어 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가습막은 서로 이격된 복수의 단위가습막을 포함하되,
    상기 단위가습막은 복수의 중공사막이 모여 형성된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 단위가습막 각각에는,
    상기 고정수단이 하나 이상 배치된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    일단이 고정된 상기 단위가습막이 복수 개로 나누어져 결합되는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    나누어진 하나의 상기 단위가습막의 일부와,
    나누어진 다른 하나의 상기 단위가습막의 일부가,
    서로 결합된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  14. 제12항에 있어서,
    나누어진 상기 단위가습막은,
    타단에서 하나로 재결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  15. 제12항에 있어서,
    나누어진 상기 단위가습막 각각이 하나 이상의 고정수단으로 결합된 것을 특징으로 하는 가습막 조립체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 가습막 조립체;
    상기 가습막 조립체가 내부에 수용되는 가습막 케이스;
    상기 가습막 케이스의 일단에 결합되는 열교환부;
    를 포함하고,
    상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나가 상기 열교환부를 거쳐 상기 가습막 조립체로 유입되는 것을 특징으로 하는 막가습기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 열교환부에는 제1유체가 유입되는 제1유체 유입구가 배치되고,
    상기 가습막 케이스는,
    일단이 상기 열교환기와 결합되어 상기 가습막 조립체가 내부에 수용되는 제1케이스 및, 상기 제1케이스의 타단에 결합되되 제1유체가 배출되는 제1유체 배출구가 배치된 제2케이스,를 포함하는 것을 특징으로 하는 막가습기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 열교환부에는 상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나와 다른 온도로 형성된 제3유체가 유동되어,
    상기 제3유체가 상기 제1유체 및 제2유체 중 어느 하나와 열교환되는 것을 특징으로 하는 막가습기.
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