KR20230146064A - 중공 사막 모듈 - Google Patents

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KR20230146064A
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요스케 이토
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엔오케이 가부시키가이샤
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Abstract

수지제의 케이스 본체를 채용한 경우에도, 케이스 본체의 변형을 억제할 수 있는 중공사막 모듈을 제공한다.
복수의 중공사막(200)과, 복수의 중공사막(200)을 수용하고 또한 양단에 개구부를 갖는 수지제의 케이스 본체(110)를 갖는 케이스(100)와, 케이스(100)의 양단 측에 있어서, 각 중공사막(200)의 중공 내부를 개방시킨 상태에서 중공사막끼리의 간극을 밀봉하고 또한 복수의 중공사막(200)을 케이스(100)에 고정하는 한 쌍의 밀봉고정부(310, 320)를 구비하는 중공사막 모듈(10)로서, 케이스 본체(110)는, 복수의 중공사막(200)을 수용하는 내벽면 중 대향하는 한 쌍의 벽면끼리를 연결하는 보강부(115)가 이들 한 쌍의 벽면에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

중공 사막 모듈
본 발명은 가습 장치 등에 적용 가능한 중공사막 모듈에 관한 것이다.
예를 들어 연료 전지용의 가습 장치에 구비되는 중공사막 모듈에 있어서는, 고출력 시스템을 향한 수요가 높아지고 있고, 대형화하는 경향에 있다. 대형의 중공 사막 모듈에 있어서는, 케이스 내를 흐르는 유체의 압력이 높아진다. 그 때문에, 대형의 케이스의 경우에는, 금속 등의 강성 재료를 절삭 가공함으로써 제조하는 것이 일반적이다. 특히, 박스 형상의 케이스의 경우에는, 유체의 압력에 의해 변형되기 쉽기 때문에, 금속 등의 강성 재료에 의해 구성된다.
그렇지만, 금속 등의 강성 재료를 절삭 가공하여 케이스를 제조하는 경우에는 비용이 높아진다. 그래서, 금형을 이용한 수지 성형에 의해 케이스를 제조하는 것이 바람직하지만, 대형의 중공사막 모듈의 경우에는, 상기와 같이 유체의 압력이 높아지기 때문에, 사용 중에 케이스가 변형될 우려가 있다. 케이스가 변형되면, 밀봉성이 저하되어, 유체 누설이 발생해 버려, 가습 성능이 저하되는 등, 품질이 저하되어 버리는 것이 염려된다.
특허문헌 1: 국제 공개 제2018/190147호
본 발명의 목적은, 수지제의 케이스 본체를 채용한 경우에도, 케이스 본체의 변형을 억제할 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용했다.
즉, 본 발명의 중공사막 모듈은,
복수의 중공사막과,
상기 복수의 중공사막을 수용하고, 또한 양단에 개구부를 갖는 수지제의 케이스 본체를 갖는 케이스와,
상기 케이스의 양단 측에 있어서, 각 중공사막의 중공 내부를 개방시킨 상태에서 중공사막끼리의 간극을 밀봉하고 또한 상기 복수의 중공사막을 상기 케이스에 고정하는 한 쌍의 밀봉 고정부를 구비하는 중공사막 모듈로서,
상기 케이스 본체는, 상기 복수의 중공사막을 수용하는 내벽면 중 대향하는 한 쌍의 벽면끼리를 연결하는 보강부가 이들 한 쌍의 벽면에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 케이스 본체에 보강부가 설치되어 있기 때문에, 케이스 본체 내의 유체 압력이 높아져도 케이스 본체가 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
상기 보강부는 상기 케이스 본체에서의 일단 측과 타단 측 사이의 중앙에 설치되어 있으면 좋다.
이와 같은 구성을 채용함으로써, 예를 들어 보강부를 일단 측으로부터 타단 측으로 이르도록 설치하는 경우와 비교하여, 케이스 본체 내에 수용하는 중공사막의 충전(充塡) 개수의 저하를 억제하고, 또한 중공사막의 막 외(外, 밖)를 흐르는 유체의 흐름이 저해되어 버리는 것을 억제하면서, 케이스 본체의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 케이스 본체는, 각각 유체가 통과하는 적어도 하나의 관통 구멍이 설치된 한 쌍의 대략 평판부와, 이들 한 쌍의 대략 평판부의 양측을 각각 연결하는 한 쌍의 만곡부를 구비하고, 상기 케이스 본체의 일단 측으로부터 타단 측으로 향하는 방향에 대해 수직한 단면 형상이 타원 형상의 부재에 의해 구성되어 있고,
상기 보강부는 상기 한 쌍의 만곡부의 내벽면끼리를 연결하도록 설치되어 있으면 좋다.
일반적으로는, 이러한 형상 및 수지제의 케이스 본체는 유체 압력에 의해 변형되기 쉽지만, 상기와 같이 보강부가 설치됨으로써 변형이 억제된다.
상기 보강부는 상기 케이스 본체에서의 상기 한 쌍의 대략 평판부 사이의 중앙에 설치되어 있으면 좋다.
이와 같은 구성을 채용함으로써, 예를 들어 보강부를 한 쌍의 대략 평판부에 가까운 부근까지 설치하는 경우와 비교하여, 케이스 본체 내에 수용하는 중공사막의 충전 개수의 저하를 억제하고, 또한 중공사막의 막 외를 흐르는 유체의 흐름이 저해되어 버리는 것을 억제하면서, 케이스 본체의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 각 구성은 가능한 한 조합하여 채용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수지제의 케이스 본체를 채용한 경우에도, 케이스 본체의 변형을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공 사막 모듈의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중공 사막 모듈의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중공 사막 모듈의 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 모식적 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 이 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예에 기초하여 예시적으로 상세히 설명한다. 다만, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 특정한 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것들에만 한정하는 취지의 것은 아니다.
(실시예)
도 1∼도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 중공 사막 모듈에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈의 측면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈의 정면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중공사막 모듈의 모식적 단면도이며, 도 2 중의 AA 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 정면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 평면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 케이스 본체의 모식적 단면도이며, 도 4 중의 BB 단면도이다.
<중공사막 모듈의 적용례>
본 실시예에 따른 중공 사막 모듈(10)의 적용례에 대해 설명한다. 본 실시예에 따른 중공사막 모듈(10)은, 가습 장치나 제습 장치로서 적용할 수 있다. 이 점에 대해 간단히 설명한다. 중공사막 모듈(10)은, 케이스(100)의 내부에 복수의 중공사막(200)이 설치되어 있다. 그리고, 중공사막 모듈(10)은, 복수의 중공사막(200)의 막 외를 통과하는 유로와, 막 내(內, 안)를 통과하는 유로가 형성되도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 예를 들어 중공사막(200)의 막 외로 습윤 기체를 공급하고, 복수의 중공사막(200)의 각 중공 내부로 건조 기체를 공급함으로써, 중공사막(200)에 의한 막 분리 작용에 의해, 습윤 기체 중의 수분이 건조 기체 측으로 이동한다. 따라서, 건조 기체에 대해서는 가습(加濕)되고, 습윤 기체에 대해서는 제습(除濕)되기 때문에, 가습 장치로서도 제습 장치로서도 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 중공사막 모듈(10)은, 연료 전지에 구비되는 전해질막을 가습하기 위한 가습 장치로서 호적(好適)하게 이용할 수 있다. 이 경우, 연료 전지에 있어서 발생한 습윤 공기가 상기의 습윤 기체로서 이용된다. 그리고, 가습된 기체(공기)가, 연료 전지에 구비되는 전해질막에 공급됨으로써, 전해질막에 대해서는, 습한 상태가 유지된다. 여기서, 중공사막(200)의 소재로서는, 예를 들어 구멍 직경 제어에 의한 모세관 응축 기구에 의해 수분을 투과하는 특성을 갖는 PPSU(폴리페닐술폰) 등을 호적하게 이용할 수 있다. 또한, 제막 용액(중공사막의 원료)을 조정할 때, 용매 중에 PPSU와 친수성 고분자(폴리비닐폴로리돈)를 첨가한 제막 용액을 이용하여 방사(紡絲)를 행함으로써 친수성을 갖는 중공 사막을 얻을 수 있다. 또, 용해 확산에 의해 수분을 투과하는 특성을 갖는 친수성 재료인 나피온(등록상표)을 이용할 수도 있다. 이상과 같은 재료는, 용출성이 낮고 또한 강도도 높기 때문에, 가습 장치나 제습 장치에 호적하게 이용할 수 있다.
<중공사막 모듈>
본 실시예에 따른 중공 사막 모듈(10)에 대해 보다 상세하게 설명한다. 중공사막 모듈(10)은, 케이스(100)와, 케이스(100)의 내부에 배치되는 복수의 중공사막(200)과, 한 쌍의 밀봉 고정부(310, 320)를 구비하고 있다. 그리고, 케이스(100)는 복수의 중공사막(200)을 수용하고 또한 양단에 개구부를 갖는 수지제의 케이스 본체(110)를 구비하고 있다.
케이스 본체(110)는, 한 쌍의 대략 평판부(111, 112)와, 이들 한 쌍의 대략 평판부(111, 112)의 양측을 각각 연결하는 한 쌍의 만곡부(113, 114)를 구비하고 있다. 또, 케이스 본체(110)는, 케이스 본체(110)의 일단 측으로부터 타단 측으로 향하는 방향에 대해 수직한 단면 형상이 타원 형상의 부재에 의해 구성되어 있다. 상기의 한 쌍의 대략 평판부(111, 112)에는 각각 유체가 통과하는 적어도 하나(본 실시예에서는 복수)의 관통 구멍(111a, 112a)이 설치되어 있다. 더욱이, 케이스 본체(110)는 복수의 중공 사막(200)을 수용하는 내벽면 중 대향하는 한 쌍의 벽면끼리를 연결하는 보강부(115)가 이들 한 쌍의 벽면에 일체로 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 이 보강부(115)는 한 쌍의 만곡부(113, 114)의 내벽면끼리를 연결하도록 설치되어 있다. 그리고, 이 보강부(115)는 케이스 본체(110)에서의 일단 측과 타단 측 사이의 중앙(중심을 포함하는 일부의 영역)이며, 케이스 본체(110)에서의 한 쌍의 대략 평판부(111, 112) 사이의 중앙(중심을 포함하는 일부의 영역)에 설치되어 있다. 이상과 같이 구성되는 케이스 본체(110)는, PSU(폴리설폰), PPS(폴리페닐렌설파이드), PPA(폴리프탈아미드) 등의 수지 재료를 사용하여 금형에 의해 성형할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 대략 평판부(111, 112), 한 쌍의 만곡부(113, 114)와 보강부(115)는 일체로 되어 있다.
또, 케이스(100)는, 케이스 본체(110)의 양단에 각각 고정되는 제1 고정 부재(120) 및 제2 고정 부재(130)와, 한 쌍의 대략 평판부(111, 112)를 각각 덮도록 설치되는 한 쌍의 제3 고정 부재(140) 및 제4 고정 부재(150)를 구비하고 있다. 이들 제1 고정 부재(120), 제2 고정 부재(130), 제3 고정 부재(140) 및 제4 고정 부재(150)의 케이스 본체(110)로의 고정 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 나사 체결 등의 각종 공지의 고정 방법을 채용할 수 있다. 또, 이들 제1 고정부재(120), 제2 고정부재(130), 제3 고정부재(140) 및 제4 고정부재(150)에 대해서도, 수지 재료(수지 성형품)에 의해 구성할 수 있다.
제1 고정부재(120)와 제2 고정부재(130)에는, 중공사막(200)의 막 내(중공 내부)를 흐르는 유체의 입구 또는 출구로 되는 관부(121, 131)가 각각 설치되어 있다. 또, 제3 고정 부재(140) 및 제4 고정 부재(150)에는 중공 사막(200)의 막 외를 흐르는 유체의 입구 또는 출구로 되는 관부(141, 151)가 각각 설치되어 있다. 또한, 이들 관부(141, 151) 중 한쪽이 케이스 본체(110)의 일단 측에 배치되고, 다른 쪽이 케이스 본체(110)의 타단 측에 배치되도록, 제3 고정 부재(140) 및 제4 고정 부재(150)는 케이스 본체(110)에 고정된다.
그리고, 한 쌍의 밀봉 고정부(310, 320)는, 케이스(100)의 양단 측에 있어서, 각 중공사막(200)의 중공 내부를 개방시킨 상태에서 중공사막끼리의 간극을 밀봉하고, 또한 복수의 중공사막(200)을 케이스(100)에 고정하도록 구성되어 있다. 이들 한 쌍의 밀봉 고정부(310, 320)는, 에폭시 수지 등의 포팅 재료가 경화됨으로써 얻어진다.
이상과 같이 구성되는 중공 사막 모듈(10)을 가습 장치 또는 제습 장치로서 적용한 경우의 일례를 도 3을 참조하여 설명한다. 예를 들어, 습윤 기체가 제3 고정 부재(140)의 관부(141)로부터 케이스(100)의 내부로 공급되면(화살표 T0), 습윤 기체는 중공사막(200)의 막 외를 통과하여 제4 고정 부재(150)의 관부(151)로부터 케이스(100)의 외측으로 흘러간다(화살표 T1). 또, 건조 기체가 제1 고정 부재(120)의 관부(121)로부터 케이스(100)의 내부로 공급되면(점선 화살표 S0), 건조 기체는 일단 측의 밀봉 고정부(310)로부터 복수의 중공사막(200)의 각 중공 내부로 공급되어, 각각의 중공 사막(200)의 막 내를 흘러간다. 그 후, 건조 기체는 타단 측의 밀봉 고정부(320)로부터 배출되어, 제2 고정 부재(130)의 관부(131)로부터 케이스(100)의 외측으로 흘러간다(화살표 S1). 이상의 과정에서, 중공사막(200)에 의한 막 분리 작용에 의해, 습윤 기체 중의 수분이 건조 기체 측으로 이동하여, 건조 기체는 가습되고, 습윤 기체는 제습된다.
<본 실시예에 따른 중공사막 모듈의 우수한 점>
본 실시예에 따른 중공사막 모듈(10)에 의하면, 케이스 본체(110)에 보강부(115)가 설치되어 있기 때문에, 케이스 본체 내의 유체 압력이 높아져도, 케이스 본체(110)가 변형되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 밀봉성의 저하를 억제할 수 있고, 유체의 누설을 억제할 수 있다. 이에 따라, 가습 성능이나 제습 성능의 저하를 억제할 수도 있다. 또, 케이스(100)의 대형화가 요구되는 것과 같은 경우에도, 케이스 본체(110)를 수지에 의한 금형 성형에 의해 제조할 수 있기 때문에, 금속 재료의 절삭 가공에 의해 제조하는 경우에 비해, 비용을 삭감할 수 있다.
또, 본 실시예에 따른 보강부(115)는 케이스 본체(110)에서의 일단 측과 타단 측 사이의 중앙이며, 케이스 본체(110)에서의 한 쌍의 대략 평판부(111, 112) 사이의 중앙에 설치되어 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 케이스 본체 내에 수용하는 중공사막(200)의 충전 개수의 저하를 억제하고, 또한 중공사막(200)의 막 외를 흐르는 유체의 흐름이 저해되어 버리는 것을 억제하면서, 케이스 본체(110)의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
10 중공사막 모듈
100 케이스
110 케이스 본체
111, 112 평판부
111a, 112a 관통 구멍
113, 114 만곡부
115 보강부
120 제1 고정 부재
121 관부
130 제2 고정 부재
131 관부
140 제3 고정 부재
141 관부
150 제4 고정부재
151 관부
200 중공사막
310, 320 밀봉 고정부

Claims (4)

  1. 복수의 중공사막과,
    상기 복수의 중공사막을 수용하고 또한 양단에 개구부를 갖는 수지제의 케이스 본체를 갖는 케이스와,
    상기 케이스의 양단 측에 있어서, 각 중공사막의 중공 내부를 개방시킨 상태에서 중공사막끼리의 간극을 밀봉하고 또한 상기 복수의 중공사막을 상기 케이스에 고정하는 한 쌍의 밀봉 고정부를 구비하는 중공사막 모듈로서,
    상기 케이스 본체는, 상기 복수의 중공사막을 수용하는 내벽면 중 대향하는 한 쌍의 벽면끼리를 연결하는 보강부가 이들 한 쌍의 벽면에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보강부는 상기 케이스 본체에서의 일단 측과 타단 측 사이의 중앙에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이스 본체는, 각각 유체가 통과하는 적어도 하나의 관통 구멍이 설치된 한 쌍의 대략 평판부와, 이들 한 쌍의 대략 평판부의 양측을 각각 연결하는 한 쌍의 만곡부를 구비하고, 상기 케이스 본체의 일단 측으로부터 타단 측으로 향하는 방향에 대해 수직한 단면 형상이 타원 형상의 부재에 의해 구성되어 있고,
    상기 보강부는 상기 한 쌍의 만곡부의 내벽면을 연결하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공 사막 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 보강부는 상기 케이스 본체에서의 상기 한 쌍의 대략 평판부 사이의 중앙에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
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