WO2015102377A1 - 유체교환막 모듈 - Google Patents

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WO2015102377A1
WO2015102377A1 PCT/KR2014/013048 KR2014013048W WO2015102377A1 WO 2015102377 A1 WO2015102377 A1 WO 2015102377A1 KR 2014013048 W KR2014013048 W KR 2014013048W WO 2015102377 A1 WO2015102377 A1 WO 2015102377A1
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hollow fiber
fluid
housing
fiber membrane
humidifying
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PCT/KR2014/013048
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김경주
오영석
이진형
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코오롱인더스트리 주식회사
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fluid exchange membrane module, and more particularly to a fluid exchange membrane module for improving the humidification efficiency by equalizing the degree of humidification at the end of the membrane bundle embedded in the housing.
  • a fuel cell is a power generation cell that generates electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as batteries and accumulators, fuel cells can continue to produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied. Fuel cells have no heat loss and are twice as efficient as internal combustion engines. In addition, pollutant emissions are low because chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is converted directly into electrical energy. Therefore, the fuel cell is not only environmentally friendly, but also has an advantage of reducing anxiety about resource depletion due to increased energy consumption.
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cell
  • PAFC phosphate fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • SOFC alkaline fuel cell
  • AFC alkaline fuel cell
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • MEA membrane electrode assembly
  • the humidification membrane method is a method of providing the polymer electrolyte membrane with water vapor in the exhaust gas by using a membrane that selectively permeates only the water vapor contained in the exhaust gas, and is advantageous in that the humidifier can be reduced in weight and size.
  • the selective permeable membrane used in the humidification membrane system is preferably a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when forming a module.
  • a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when forming a module.
  • the fluid exchange membrane module 10 includes a housing 11 containing a bundle of hollow fiber membranes 12.
  • the hollow fiber membrane 12 is bundled by the potting part 13 and fixed to the housing 11.
  • One side of the housing 11 is formed with a first inlet 1a through which a reaction fluid to be supplied to a fuel cell (not shown), that is, a reaction fluid to be humidified (hereinafter referred to as a working fluid), is formed.
  • a first outlet 1b for supplying a humidified working fluid to the fuel cell is formed.
  • a second inlet 2a into which the moisture-containing unreacted fluid discharged from the fuel cell (hereinafter referred to as a humidifying fluid) is formed, and the housing 11 is formed.
  • a second outlet 2b through which the humidifying gas introduced through the second inlet 2a is discharged is formed on the outer surface of the middle other side (the first inlet side).
  • the fluid exchange membrane module 10 having such a structure has a direction in which the inlets 1a and 2a and the outlets 1b and 2b of the working fluid and the humidifying fluid intersect each other to achieve uniform water permeation throughout the hollow fiber membrane.
  • the humidifying fluid flows into the interior of the housing 11 through the second inlet 2a and flows obliquely in the direction of the arrow A to be discharged through the second outlet 2b. Therefore, in the triangular areas (B) and (C) indicated by dotted lines at both ends of the bundle of hollow fiber membranes 12, a dead area without moisture exchange is obtained, so that the degree of humidification is not uniform throughout the hollow fiber membranes, There was a problem that the humidification efficiency is lower than.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 1020100108092, 2010.10.06
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Publication No. 1020100131631, 2010.12.16
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluid exchange membrane module to equalize the degree of humidification throughout the hollow fiber membrane with a simple structure and to increase the humidification efficiency at the same size of the hollow fiber membrane.
  • the fluid exchange membrane module includes a housing having a first fluid inlet, a first fluid outlet, a second fluid inlet, and a second fluid outlet, and a hollow fiber membrane bundle fixed in the housing, wherein one side of the hollow fiber membrane bundle is provided.
  • the end face is inclined toward the second fluid inlet or the second fluid outlet.
  • Both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle may be inclined toward the second fluid inlet and the second fluid outlet, respectively.
  • the second fluid inlet may be formed at one end side of the housing, and the second fluid outlet may be formed at the other end side of the housing.
  • One end surface of the hollow fiber membrane bundle may be inclined toward the second fluid inlet, and the other end surface of the hollow fiber membrane bundle may be inclined toward the second fluid outlet.
  • An angle formed between one end surface of the hollow fiber membrane bundle and the second fluid inlet or the second fluid outlet may be less than 90 degrees.
  • An angle between one end surface of the hollow fiber membrane bundle and the second fluid inlet or the second fluid outlet is 5 degrees to 30 degrees.
  • An end of the hollow fiber membrane bundle is coupled by a potting part to be in close contact with the inner surface of the housing to be sealed in the inner space of the housing, and the potting part may be inclined along an inclined direction of one end surface of the hollow fiber membrane bundle.
  • the housing may include a housing body and a housing cap coupled to both ends of the housing body.
  • the first fluid inlet and the first fluid outlet may each be formed in the housing cap.
  • the humidification efficiency can be increased at the same hollow fiber membrane size by reducing the non-humidification area where the humidification of the working fluid is not equalized and the working fluid is not humidified with the simple structure. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fluid exchange membrane module for a conventional fuel cell.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a fluid exchange membrane module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a state diagram of the fluid exchange membrane module of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fluid exchange membrane module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a fluid exchange membrane module according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a fluid exchange membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Fluid exchange membrane module according to an embodiment of the present invention can be used in a water exchange module, heat exchange module, gas separation module or water treatment module.
  • a water exchange module used in the fuel cell system.
  • the technical idea of the present invention is not limited to the water exchange module used in the fuel cell system.
  • the fluid exchange membrane module for a fuel cell is configured to supply moisture to dry fuel gas, that is, working fluid using humidified air discharged from the fuel cell, that is, a humidifying fluid.
  • the working fluid passes through the conduit formed inside the hollow fiber membrane, the humidifying fluid passes through the outside of the hollow fiber membrane, and the moisture of the humidifying fluid passes through the hollow fiber membrane to be supplied to the working fluid by the permeability of the hollow fiber membrane.
  • the present invention is not limited thereto, and the humidifying fluid may pass through a conduit formed inside the hollow fiber membrane, and the working fluid may pass outside the hollow fiber membrane.
  • the fluid exchange membrane module 100 includes a housing 110, a hollow fiber membrane bundle 130, and a potting part 140.
  • the housing 110 forms an outer shape of the fluid exchange membrane module 100 and may be made of hard plastic or metal such as polycarbonate.
  • the housing 110 is formed of a polygonal cylinder such as a cylinder or a square cylinder.
  • the housing 110 has a working fluid inlet 111 through which the working fluid flows and a working fluid outlet 112 through which the working fluid is discharged, while the humidifying fluid inlet 113 through which the humidifying fluid flows and the humidifying fluid are discharged.
  • a humidifying fluid outlet 114 is provided.
  • the working fluid inlet 111, the working fluid outlet 112, the humidifying fluid inlet 113, and the humidifying fluid outlet 114 are formed on outer surfaces of both ends of the housing 110.
  • the flow path from the working fluid inlet 111 to the working fluid outlet 112 is formed in a direction crossing the flow path from the humidifying fluid inlet 113 to the humidifying fluid outlet 114.
  • the humidifying fluid inlet 113 is formed at the working fluid outlet 112
  • the humidifying fluid outlet 114 is formed at the working fluid inlet 111.
  • the hollow fiber membrane bundle 130 is disposed and fixed in parallel to the longitudinal direction of the housing 110 in the housing 110. Both ends of the hollow fiber membrane bundle 130 are coupled by the potting part 140 to be in close contact with the inner surface of the housing 110 and sealed in the inner space of the housing 110.
  • the hollow fiber membrane selectively passes moisture. Since the material and configuration of the hollow fiber membrane are well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the hollow fiber membrane bundle 130 is a plurality of hollow fiber membrane 132 is integrated.
  • One end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 is inclined toward the humidifying fluid inlet 113, the other end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 is inclined toward the humidifying fluid outlet 114 to form an inclined surface 131.
  • One end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 is inclined toward the humidifying fluid inlet 113 or the humidifying fluid outlet 114, and one end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 and the humidifying fluid inlet 113 or the humidifying fluid. It means that the angle formed by the cross section of the outlet 114 is an acute angle, that is, less than 90 degrees.
  • an angle formed between one end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 and the humidifying fluid inlet 113 or the other end surface of the hollow fiber membrane bundle 130 and the humidifying fluid outlet 114 may be 5 degrees to 30 degrees.
  • the angle is within the above range, the dead zone of the membrane can be removed.
  • the potting part 140 connects the ends of the hollow fiber membranes 132 to each other and fills the gap between the hollow fiber membranes 132.
  • the potting part 140 is adhered to the inner surface of the end of the housing 110, and the working fluid flowing in the space between the potting part 140 and the end of the housing 110 and between the potting part 140 and the housing 110 in the middle. Do not mix humidifying fluids flowing in the space.
  • the potting part 140 is inclined along the inclined direction of one end surface of the hollow fiber membrane bundle 130.
  • the potting part 140 is formed by curing a liquid synthetic resin such as polyurethane, epoxy, or silicone resin. Since the pair of potting parts 140 are bonded to both ends of the housing 110, both ends of the hollow fiber membrane bundle 130 are fixed to the housing 110.
  • the working fluid to be supplied to the fuel cell is inside one side of the housing 110 through the working fluid inlet 111.
  • the moisture-containing humidifying fluid flowing into the space S1 and discharged from the fuel cell is introduced into the intermediate internal space S2 of the housing 110 through the humidifying fluid inlet 113.
  • the working fluid introduced into one inner space S1 flows to the other inner space S3 of the housing 110 through the hollow portion of the hollow fiber membrane bundle 130.
  • the working fluid flowing through the working fluid inlet 111 and flowing to the hollow portion of the hollow fiber membrane bundle 130 is in a dry state, it is introduced into the intermediate internal space S2 of the housing 110 through the humidifying fluid inlet 113. Since the humidifying fluid contains a large amount of moisture, a difference in humidity occurs in and around the hollow fiber membrane 132 of the hollow fiber membrane bundle 130. Due to the humidity difference inside and outside the hollow fiber membrane 132, the moisture of the humidifying fluid selectively passes through the membrane to the hollow portion, and flows along the hollow portion of the hollow fiber membrane 132 to the other inner space S3 of the housing 110. The humidity of the working fluid becomes high.
  • the humidifying fluid introduced into the intermediate internal space (S2) through the humidifying fluid inlet 113 loses moisture and is gradually dried.
  • the humidifying fluid thus dried is discharged to the outside through the humidifying fluid outlet 114. do. Therefore, it is possible to supply a working fluid having a higher humidity than the original working fluid to the fuel cell.
  • the humidifying fluid inlet 113 in the housing 110 is formed on the working fluid outlet 112 side
  • the humidifying fluid outlet 114 is formed on the working fluid inlet 111 side, so that the interior of the housing 110
  • the moisture contained in the humidifying fluid is sufficiently permeated through the entire portion of the hollow fiber membrane 122 positioned at. That is, in the case of the working fluid moving from the working fluid inlet 111 to the working fluid outlet 112, the humidity is low at the working fluid inlet 111, but the moisture is continuously supplied from the humidifying fluid through the hollow fiber membrane 132. The humidity increases toward the working fluid outlet 112.
  • a humidifying fluid having a relatively low humidity is in contact with the hollow fiber membrane 132 located at the working fluid inlet 111 and relatively high at the hollow fiber membrane 132 located at the working fluid outlet 112. Since the humidifying fluid of humidity comes into contact, it is possible to achieve uniform moisture permeation over the entire hollow fiber membrane 132.
  • both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle 120 are inclined toward the humidifying fluid inlet 113 and the humidifying fluid outlet 114, respectively, to form an inclined surface 131, and the potting part 140 is the hollow fiber membrane bundle 130. Since both end faces of the slant are inclined along the inclined direction, portions (dead zones) in which moisture exchange is not performed at both ends of the hollow fiber membrane bundle 130 are minimized, so that the degree of humidification is evenly distributed throughout the hollow fiber membrane. The humidification efficiency is increased compared to the size of the hollow fiber membrane.
  • the fluid exchange membrane module 200 has a housing divided into a housing body and a housing cap, and the housing body 210, the housing caps 220A, 220B, and the hollow fiber membrane bundle 230. And a potting part 240.
  • the housing body 210 and the housing caps 220A and 220B form an external shape of the fluid exchange membrane module 200 and may be made of hard plastic or metal such as polycarbonate.
  • the housing body 210 and the housing caps 220A and 220B are formed in a polygonal cylinder such as a cylinder or a square cylinder.
  • the housing caps 220A and 220B are respectively coupled to both ends of the housing body 210, and a space through which the humidifying fluid flows is formed between both ends of the housing body 210.
  • the outer surface of both ends of the housing body 210 is formed with a plurality of communication holes 211 communicating with the space between the housing caps 220A, 220B.
  • a working fluid inlet 221 and a humidifying fluid outlet 224 are formed on an outer surface of the housing cap 220A, and a working fluid outlet 222 and a humidifying fluid inlet 223 are formed on an outer surface of the housing cap 220B.
  • the hollow fiber membrane bundle 230 is disposed and fixed in parallel to the longitudinal direction of the housing body 210 in the housing body 210. Both ends of the hollow fiber membrane bundle 230 are coupled by the potting part 240 to be in close contact with the ends of the housing body 210 and the inner surface of the housing caps 220A and 220B to be sealed in the inner space of the housing body 210. . Both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle 230 are inclined toward the humidifying fluid inlet 223 and the humidifying fluid outlet 224, respectively, to form an inclined surface 231.
  • the hollow fiber membrane bundle 230 is a plurality of hollow fiber membrane 232 is integrated.
  • the potting part 240 connects the ends of the hollow fiber membranes 232 to each other and fills the gap between the hollow fiber membranes 232.
  • the potting part 240 is bonded to the end of the housing body 210 and the inner surface of the housing caps 220A and 220B, and flows into the space between the potting part 240 and the ends of the housing caps 220A and 220B.
  • the working fluid does not mix with the humidifying fluid flowing in the space between the potting part 240 and the housing body 210.
  • the potting part 240 is inclined along the direction in which both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle 230 are inclined.
  • the humidifying fluid flows into the interior space of the housing cap 220B through the humidifying fluid inlet 223 and then the interior space of the housing body 210 through the communication hole 211. After humidifying the working fluid to flow in, and is discharged to the outside through the humidifying fluid outlet 224 in the interior space of the housing cap 220A through the communication hole (211).
  • the fluid exchange membrane module 300 has a housing divided into a housing body and a housing cap, and a housing body 310, a housing cap 320A, 320B, and a hollow fiber membrane bundle 330. And a potting part 340.
  • the housing body 310 and the housing caps 320A and 320B form an external shape of the fluid exchange membrane module 300 and may be made of hard plastic or metal such as polycarbonate.
  • the housing body 310 and the housing caps 320A and 320B are formed of a polygonal cylinder such as a cylinder or a square cylinder.
  • the housing caps 320A and 320B are respectively coupled to both ends of the housing body 310, and a space through which the humidifying fluid flows is formed between both ends of the housing body 310.
  • the housing body 310 includes an accommodating part 311 accommodating the hollow fiber membrane 330 and expansion parts 312A and 312B having large cross-sectional areas at both ends of the accommodating part 311. At both ends of the receiving portion 311, a plurality of communication holes 313 communicating with the space between the expansion portions 312A and 312B are formed. Housing caps 320A and 320B are coupled to each end of the extensions 312A and 312B. A humidifying fluid outlet 317 is formed on an outer surface of the expansion part 312A, and a humidifying fluid inlet 316 is formed on an outer surface of the expansion part 312B. A working fluid inlet 314 is formed on an outer surface of the housing cap 320A, and a working fluid outlet 315 is formed on an outer surface of the housing cap 320B.
  • the hollow fiber membrane bundle 330 is disposed and fixed in parallel with the longitudinal direction of the accommodation portion 311 in the accommodation portion 311 of the housing body 310. Both ends of the hollow fiber membrane bundle 330 are coupled by the potting part 340 to be in close contact with the ends of the receiving part 311 and the inner side of the expansion part 312A and 312B and sealed in the inner space of the housing body 310. Both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle 330 are inclined toward the humidifying fluid inlet 316 and the humidifying fluid outlet 317, respectively, to form an inclined surface 331.
  • the hollow fiber membrane bundle 330 is a plurality of hollow fiber membrane 332 is integrated.
  • the potting part 340 connects the ends of the hollow fiber membranes 332 to each other, and fills the gap between the hollow fiber membranes 332.
  • the potting part 340 is bonded to the end of the receiving part 311 and the inner surface of the expansion part 312A, 312B, and flows into the space between the potting part 340 and the housing caps 320A and 320B.
  • the fluid does not mix with the humidifying fluid flowing in the space between the potting part 340 and the housing body 310.
  • the potting part 340 is inclined along the direction in which both end surfaces of the hollow fiber membrane bundle 330 are inclined.
  • the humidifying fluid enters the internal space of the expansion part 312B through the humidifying fluid inlet 316 and then the internal space of the accommodation part 311 through the communication hole 313. After entering the humidifying the working fluid, and is discharged to the outside through the humidifying fluid outlet 317 in the internal space of the expansion portion 312A through the communication hole (313).
  • the fluid exchange membrane module 400 according to the fourth embodiment includes a housing 410, a hollow fiber membrane bundle 430, and a potting part 440.
  • the working fluid inlet 411 and the working fluid outlet 412 are formed at both ends of the housing 410, and the humidifying fluid inlet 413 and the humidifying fluid outlet 414 are formed in the housing 410. It is formed on the outer surface of both ends.
  • the flow path direction of the working fluid inlet 411 and the working fluid outlet 412 is formed in a direction (orthogonal direction) that intersects with the flow path direction of the humidifying fluid inlet 413 and the humidifying fluid outlet 414, and the working fluid inlet (
  • the flow path from the 411 to the working fluid outlet 412 is formed in a direction crossing the flow path from the humidifying fluid inlet 413 to the humidifying fluid outlet 414.
  • the humidifying fluid inlet 413 is formed at the working fluid outlet 412
  • the humidifying fluid outlet 414 is formed at the working fluid inlet 411.
  • the configuration of the hollow fiber membrane bundle 430 having the inclined surface 431 and the hollow fiber membrane 432 and the potting part 440 is the fluid exchange membrane module 100 of the first embodiment.
  • the operation of the fluid exchange membrane module 400 is similar to that of the fluid exchange membrane module 100 of the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the pot was formed on both ends of the housing body, and the potting composition was injected into the space between the hollow fiber membrane bundle and the space between the hollow fiber membrane bundle and the housing body, and then cured and sealed. After removing the pot forming cap, the end of the cured hollow fiber membrane potting composition was cut so that the ends of the hollow fiber membrane bundles were exposed to the potting cut portion to form a potting portion, and then covered housing caps at both ends of the housing body.
  • a fluid exchange membrane module was prepared.
  • the pot was formed on both ends of the housing body, and the potting composition was injected into the space between the hollow fiber membrane bundle and the space between the hollow fiber membrane bundle and the housing body, and then cured and sealed.
  • the end of the cured hollow fiber membrane potting composition is cut so that the ends of the hollow fiber membrane bundle are exposed at the cut portion of the pot, and both ends of the hollow fiber membrane bundle are respectively provided with a humidifying fluid inlet and a humidifying fluid.
  • the cut was inclined toward the outlet.
  • housing caps were placed on both ends of the housing body to manufacture a fluid exchange membrane module.
  • Humidification performance was measured in terms of dew point (Dew Point) by measuring the temperature and humidity of the point where the dry air is humidified, the results are shown in Table 1 below.
  • the fluid exchange membrane module prepared in the embodiment is superior to the humidification efficiency compared to the fluid exchange membrane module prepared in the comparative example.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and easily changed and equalized by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. It includes all changes to the extent deemed acceptable.

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Abstract

본 발명은 하우징과 중공사막 다발을 포함하는 유체교환막 모듈에 관한 것이다. 하우징은 제1 유체 유입구와 제1 유체 배출구와 제2 유체 유입구와 제2 유체 배출구를 갖는다. 중공사막 다발은 하우징 내에 고정되며, 중공사막 다발의 일측 끝 면은 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구를 향하여 기울어져 있다. 본 발명의 의한 유체교환막 모듈에 의하면, 간단한 구조로 중공사막 전체에 걸쳐 가습 정도를 균등하게 하고 작동유체가 가습되지 않는 비가습 영역을 줄이므로써 동일한 중공사막의 크기에서 가습효율을 높이는 효과가 있다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 07.01.2015]　유체교환막 모듈
본 발명은 유체교환막 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하우징에 내장된 막 다발의 단부에서 가습 정도를 균등하게 하여 가습 효율을 향상하는 유체교환막 모듈에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전형 전지이다. 연료전지는 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, 연료전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료전지(MCFC), 고체 산화물형 연료전지(SOFC), 알칼리형 연료전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료전지는 다른 연료전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막전극 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 방법의 하나로서, 고분자 분리막을 이용하여 유동 가스에 수분을 공급하는 가습 막 방식의 유체교환막 모듈이 있다. 가습 막 방식은 배기 가스 중에 포함되는 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 배기 가스 중의 수증기를 고분자 전해질 막에 제공하는 방식으로서, 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 연료전지의 가습이 충분이 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 1은 종래 연료전지용 유체교환막 모듈(10)를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 유체교환막 모듈(10)는 중공사막(12) 다발을 내장하는 하우징(11)을 포함한다. 중공사막(12)은 포팅부(13)에 의해 다발을 이루어 하우징(11)에 고정된다.
하우징(11)의 일측면에는 연료전지(미도시)로 공급될 반응유체, 즉 가습될 반응유체(이하, 작동유체라 함)가 유입되는 제1유입구(1a)가 형성되고, 하우징(11)의 타측면에는 가습된 작동유체를 연료전지로 공급하기 위한 제1배출구(1b)가 형성된다. 하우징(11)의 중간 일측(제1배출구 측) 외면에는 연료전지로부터 배출되는 수분 함유 미반응 유체(이하, 가습유체라 함)가 유입되는 제2유입구(2a)가 형성되고, 하우징(11)의 중간 타측(제1유입구 측) 외면에는 제2유입구(2a)를 통해 유입된 가습기체가 배출되는 제2배출구(2b)가 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 유체교환막 모듈(10)는 중공사막 전체에 걸쳐 균일한 수분투과를 달성하도록 작동유체와 가습유체의 유입구(1a)(2a)와 배출구(1b)(2b)를 서로 교차되는 방향으로 흐르게 하는데, 가습유체는 제2유입구(2a)를 통해 하우징(11)의 내부에 유입하여 화살표 A방향으로 비스듬하게 유동하여 제2배출구(2b)를 통해 배출된다. 따라서, 중공사막(12) 다발의 양단부에서 점선으로 표시한 삼각 영역(B)(C)에서는 수분교환이 이루어지지 않는 사영역이 되어 중공사막 전체에 걸쳐 가습 정도가 균등하지 못하고 중공사막의 크기에 비해 가습효율이 낮아진다는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제1020100108092호, 2010.10.06
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허 제1020100131631호, 2010.12.16
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 중공사막 전체에 걸쳐 가습 정도를 균등하게 하고 동일한 중공사막의 크기에서 가습효율을 높이는 유체교환막 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 유체교환막 모듈은 제1 유체 유입구와 제1 유체 배출구와 제2 유체 유입구와 제2 유체 배출구를 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 고정된 중공사막 다발을 포함하며, 상기 중공사막 다발의 일측 끝 면이 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구를 향하여 기울어져 있다.
상기 중공사막 다발의 양측 끝 면이 각각 상기 제2 유체 유입구 및 상기 제2 유체 배출구를 향하여 기울어져 있을 수 있다.
상기 제2 유체 유입구는 상기 하우징의 일단 측면에 형성되고, 상기 제2 유체 배출구는 상기 하우징의 타단 측면에 형성될 수 있다.
상기 중공사막 다발의 일측 끝 면은 상기 제2 유체 유입구를 향하여 기울어져 있고, 상기 중공사막 다발의 타측 끝 면은 상기 제2 유체 유출구를 향하여 기울어져 있을 수 있다.
상기 중공사막 다발의 일측 끝 면과 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구가 이루는 각도는 90도 미만일 수 있다.
상기 중공사막 다발의 일측 끝 면과 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구가 이루는 각도는 5도 내지 30도일 수 있다.
상기 중공사막 다발의 단부는 포팅부에 의해 결합되어 상기 하우징의 내면에 밀착하여 상기 하우징의 내부공간에 밀봉되고, 상기 포팅부는 상기 중공사막 다발의 일측 끝 면이 기울어진 방향을 따라 기울어져 있을 수 있다.
상기 하우징은 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 양단부에 결합된 하우징 캡을 포함할 수 있다.
상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 배출구는 각각 상기 하우징 캡에 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 유체교환막 모듈에 의하면, 간단한 구조로 중공사막 전체에 걸쳐 가습 정도를 균등하게 하고 작동유체가 가습되지 않는 비가습 영역을 줄이므로써 동일한 중공사막의 크기에서 가습효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래 연료전지용 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 유체교환막 모듈의 작용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6는 본 발명의 제4실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 유체교환막 모듈은 수분 교환 모듈, 열교환 모듈, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈에 사용될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 아래에서는 연료전지 시스템에 사용되는 수분 교환 모듈을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 연료전지 시스템에 사용되는 수분 교환 모듈에 한정되지는 않는다.
연료전지용 유체교환막 모듈은 연료전지에서 배출되는 가습된 공기 즉 가습유체를 이용하여 건조한 연료가스 즉 작동유체에 수분을 공급하도록 되어 있다. 이미 알려진 바와 같이, 작동유체는 중공사막의 내부에 형성된 관로를 통과하고 가습유체는 중공사막 외부를 통과하며, 중공사막의 투수성에 의하여 가습유체의 수분이 중공사막을 통과하여 작동유체에 공급되도록 되어 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 가습유체가 중공사막의 내부에 형성된 관로를 통과하고 작동유체는 중공사막 외부를 통과할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 제1실시예에 의한 유체교환막 모듈(100)는 하우징(110)과, 중공사막 다발(130)과, 포팅부(140)를 포함한다.
하우징(110)은 유체교환막 모듈(100)의 외형을 이루며, 폴리카보네이트와 같은 경질의 플라스틱이나 금속으로 제작될 수 있다. 하우징(110)은 원통이나 사각통 등의 다각형의 통으로 형성된다. 하우징(110)은 작동유체가 유입하는 작동유체 유입구(111)와 작동유체가 배출되는 작동유체 배출구(112)를 구비하는 한편, 가습유체가 유입하는 가습유체 유입구(113)와 가습유체가 배출되는 가습유체 배출구(114)를 구비한다.
작동유체 유입구(111)와 작동유체 배출구(112)와 가습유체 유입구(113)와 가습유체 배출구(114)는 하우징(110)의 양단부의 외면에 형성된다. 작동유체 유입구(111)에서 작동유체 배출구(112)로 향하는 유로는 가습유체 유입구(113)에서 가습유체 배출구(114)로 향하는 유로와 교차되는 방향으로 형성된다. 하우징(110)에서 가습유체 유입구(113)는 작동유체 배출구(112) 측에 형성되고, 가습유체 배출구(114)는 작동유체 유입구(111) 측에 형성된다.
중공사막 다발(130)은 하우징(110) 내에 하우징(110)의 길이방향과 평행하게 배치되어 고정된다. 중공사막 다발(130)의 양단부는 포팅부(140)에 의해 결합되어 하우징(110)의 내면에 밀착하여 하우징(110)의 내부공간에 밀봉된다. 중공사막은 수분을 선택적으로 통과시킨다. 중공사막의 재질과 구성은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 중공사막 다발(130)은 복수의 중공사막(132)이 집적된 것이다.
중공사막 다발(130)의 일측 끝 면은 가습유체 유입구(113)를 향하여 기울어져 있고, 중공사막 다발(130)의 타측 끝 면은 가습유체 배출구(114)를 향하여 기울어져 경사면(131)을 이루고 있다. 중공사막 다발(130)의 일측 끝 면이 가습유체 유입구(113) 또는 가습유체 배출구(114)를 향하여 기울어져 있다는 것은 중공사막 다발(130)의 일측 끝 면과 가습유체 유입구(113) 또는 가습유체 배출구(114)의 단면이 이루는 각도가 예각, 즉 90도 미만인 것을 의미한다.
바람직하게, 중공사막 다발(130)의 일측 끝 면과 가습유체 유입구(113) 또는 중공사막 다발(130)의 타측 끝 면과 가습유체 배출구(114)가 이루는 각도는 5 도 내지 30도일 수 있다. 상기 각도가 상기 범위 내인 경우 멤브레인의 사영역을 제거할 수 있다.
포팅부(140)는 중공사막(132)들의 단부들을 서로 연결시키며, 중공사막(132)들 사이의 공극을 메운다. 또한, 포팅부(140)는 하우징(110)의 단부 내면에 접착되어, 포팅부(140)와 하우징(110) 단부 사이의 공간에 흐르는 작동유체와 포팅부(140)와 하우징(110) 중간 사이의 공간에 흐르는 가습유체가 서로 섞이지 않도록 한다. 포팅부(140)는 중공사막 다발(130)의 일측 끝 면의 기울어진 방향을 따라 기울어져 있다.
포팅부(140)는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘 수지와 같은 액상의 합성수지를 경화시켜 형성된다. 한 쌍의 포팅부(140)가 하우징(110)의 양단에 접착되므로, 중공사막 다발(130)의 양 단부가 하우징(110)에 고정된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 의한 유체교환막 모듈(100)에서, 도 3에 도시한 바와 같이 연료전지로 공급될 작동유체가 작동유체 유입구(111)를 통해 하우징(110)의 일측 내부공간(S1)에 유입되는 한편 연료전지로부터 배출되는 수분 함유 가습유체가 가습유체 유입구(113)를 통해 하우징(110)의 중간 내부공간(S2)에 유입된다. 일측 내부공간(S1)에 유입된 작동유체는 중공사막 다발(130)의 중공부를 통해 하우징(110)의 타측 내부공간(S3) 측으로 유동한다.
작동유체 유입구(111)를 통해 유입되어 중공사막 다발(130)의 중공부로 흐르는 작동유체는 건조한 상태인 반면, 가습유체 유입구(113)를 통해 하우징(110)의 중간 내부공간(S2)에 유입된 가습유체는 다량의 수분을 함유하고 있기 때문에 중공사막 다발(130)의 중공사막(132) 내외에서 습도 차이가 발생하게 된다. 이러한 중공사막(132) 내외의 습도 차이로 인해 가습유체의 수분이 막을 통해 중공부로 선택적으로 투과하게 되고, 중공사막(132)의 중공부를 따라 하우징(110)의 타측 내부공간(S3)로 유동하는 작동유체의 습도가 높아지게 된다.
반면, 가습유체 유입구(113)를 통해 중간 내부공간(S2)에 유입된 가습유체는 수분을 상실하게 되어 점차적으로 건조하게 되며, 이렇게 건조된 가습유체는 가습유체 배출구(114)를 통해 외부로 배출된다. 따라서, 원래의 작동유체보다 높은 습도를 갖는 작동유체를 연료전지로 공급할 수 있게 된다.
한편, 하우징(110)에서 가습유체 유입구(113)는 작동유체 배출구(112) 측에 형성되고, 가습유체 배출구(114)는 작동유체 유입구(111) 측에 형성되어 있으므로, 하우징(110)의 내부에 위치하는 중공사막(122)의 전체 부분에 걸쳐 가습유체에 함유된 수분을 충분히 투과시키게 된다. 즉, 작동유체 유입구(111)에서 작동유체 배출구(112)로 이동하는 작동유체의 경우 작동유체 유입구(111) 측에서는 그 습도가 낮으나 중공사막(132)을 통해 가습유체로부터 수분이 지속적으로 공급되기 때문에 작동유체 배출구(112) 측으로 갈수록 그 습도가 증가하게 된다. 따라서, 작동유체 유입구(111) 측에 위치하는 중공사막(132) 부분에는 상대적으로 낮은 습도의 가습유체가 접촉하고, 작동유체 배출구(112) 측에 위치하는 중공사막(132) 부분에는 상대적으로 높은 습도의 가습유체가 접촉하게 되므로 중공사막(132) 전체 부분에 걸쳐 균일한 수분 투과를 달성할 수 있게 된다.
그리고, 중공사막 다발(120)의 양측 끝 면은 각각 가습유체 유입구(113)와 가습유체 배출구(114)를 향하여 기울어져 경사면(131)을 이루고 있고, 포팅부(140)는 중공사막 다발(130)의 양측 끝 면이 기울어진 방향을 따라 기울어져 있으므로, 중공사막 다발(130)의 양단부에서 수분교환이 이루어지지 않는 부분(사영역)이 최소화되어 중공사막 전체에 걸쳐 가습 정도가 더욱 균등하게 되고 중공사막의 크기에 비해 가습효율이 높아지게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 제2실시예에 의한 유체교환막 모듈(200)는 하우징이 하우징 몸체와 하우징 캡으로 나누어져, 하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220A)(220B)과 중공사막 다발(230)과, 포팅부(240)를 포함한다.
하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220A)(220B)은 유체교환막 모듈(200)의 외형을 이루며, 폴리카보네이트와 같은 경질의 플라스틱이나 금속으로 제작될 수 있다. 하우징 몸체(210)와 하우징 캡(220A)(220B)은 원통이나 사각통 등의 다각형의 통으로 형성된다. 하우징 캡(220A)(220B)은 하우징 몸체(210)의 양단부에 각각 결합되며, 하우징 몸체(210)의 양단부 사이에는 가습유체가 흐르는 공간이 형성된다.
하우징 몸체(210)의 양단 외면에는 하우징 캡(220A)(220B) 사이의 공간에 연통하는 다수의 연통 홀(211)이 형성된다. 하우징 캡(220A)의 외면에는 작동유체 유입구(221)와 가습유체 배출구(224)가 형성되고, 하우징 캡(220B)의 외면에는 작동유체 배출구(222)와 가습유체 유입구(223)가 형성된다.
중공사막 다발(230)은 하우징 몸체(210) 내에 하우징 몸체(210)의 길이방향과 평행하게 배치되어 고정된다. 중공사막 다발(230)의 양단부는 포팅부(240)에 의해 결합되어 하우징 몸체(210)의 끝단 및 하우징 캡(220A)(220B)의 내면에 밀착하여 하우징 몸체(210)의 내부공간에 밀봉된다. 중공사막 다발(230)의 양측 끝 면은 각각 가습유체 유입구(223)와 가습유체 배출구(224)를 향하여 기울어져 경사면(231)을 이루고 있다. 중공사막 다발(230)은 복수의 중공사막(232)이 집적된 것이다.
포팅부(240)는 중공사막(232)들의 단부들을 서로 연결시키며, 중공사막(232)들 사이의 공극을 메운다. 또한, 포팅부(240)는 하우징 몸체(210)의 끝단 및 하우징 캡(220A)(220B)의 내면에 접착되어, 포팅부(240)와 하우징 캡(220A)(220B) 단부 사이의 공간에 흐르는 작동유체는 포팅부(240)와 하우징 몸체(210) 중간 사이의 공간에 흐르는 가습유체와 서로 섞이지 않는다. 포팅부(240)는 중공사막 다발(230)의 양측 끝 면이 기울어진 방향을 따라 기울어져 있다.
제2실시예의 유체교환막 모듈(200)에서, 가습유체는 가습유체 유입구(223)을 통해 하우징 캡(220B)의 내부공간에 유입한 후 연통 홀(211)을 통해 하우징 몸체(210)의 내부공간에 유입하여 작동유체를 가습한 다음, 연통 홀(211)을 통해 하우징 캡(220A)의 내부공간에서 가습유체 배출구(224)를 통해 외부로 배출된다.
제2실시예의 유체교환막 모듈(200)의 나머지 구성과 작용은 제1실시예의 유체교환막 모듈(100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 제3실시예에 의한 유체교환막 모듈(300)는 하우징이 하우징 몸체와 하우징 캡으로 나누어져 있으며, 하우징 몸체(310)와 하우징 캡(320A)(320B)과 중공사막 다발(330)과, 포팅부(340)를 포함한다.
하우징 몸체(310)와 하우징 캡(320A)(320B)은 유체교환막 모듈(300)의 외형을 이루며, 폴리카보네이트와 같은 경질의 플라스틱이나 금속으로 제작될 수 있다. 하우징 몸체(310)와 하우징 캡(320A)(320B)은 원통이나 사각통 등의 다각형의 통으로 형성된다. 하우징 캡(320A)(320B)은 하우징 몸체(310)의 양단부에 각각 결합되며, 하우징 몸체(310)의 양단부 사이에는 가습유체가 흐르는 공간이 형성된다.
하우징 몸체(310)는 중공사막(330)을 수용하는 수용부(311)와, 수용부(311)의 양단부에 단면적이 크게 형성된 확장부(312A)(312B)를 포함한다. 수용부(311)의 양단부에는 확장부(312A)(312B) 사이의 공간에 연통하는 다수의 연통 홀(313)이 형성된다. 확장부(312A)(312B)의 각 단부에는 하우징 캡(320A)(320B)이 결합된다. 확장부(312A)의 외면에는 가습유체 배출구(317)가 형성되고, 확장부(312B)의 외면에는 가습유체 유입구(316)가 형성된다. 하우징 캡(320A)의 외면에는 작동유체 유입구(314)가 형성되고, 하우징 캡(320B)의 외면에는 작동유체 배출구(315)가 형성된다.
중공사막 다발(330)은 하우징 몸체(310)의 수용부(311) 내에 수용부(311)의 길이방향과 평행하게 배치되어 고정된다. 중공사막 다발(330)의 양단부는 포팅부(340)에 의해 결합되어 수용부(311) 끝단 및 확장부(312A)(312B)의 내면에 밀착하여 하우징 몸체(310)의 내부공간에 밀봉된다. 중공사막 다발(330)의 양측 끝 면은 각각 가습유체 유입구(316)와 가습유체 배출구(317)를 향하여 기울어져 경사면(331)을 이루고 있다. 중공사막 다발(330)은 복수의 중공사막(332)이 집적된 것이다.
포팅부(340)는 중공사막(332)들의 단부들을 서로 연결시키며, 중공사막(332)들 사이의 공극을 메운다. 또한, 포팅부(340)는 수용부(311)의 끝단 및 확장부(312A)(312B)의 내면에 접착되어, 포팅부(340)와 하우징 캡(320A)(320B) 사이의 공간에 흐르는 작동유체는 포팅부(340)와 하우징 몸체(310) 중간 사이의 공간에 흐르는 가습유체와 서로 섞이지 않는다. 포팅부(340)는 중공사막 다발(330)의 양측 끝 면이 기울어진 방향을 따라 경사져 있다.
제3실시예의 유체교환막 모듈(300)에서, 가습유체는 가습유체 유입구(316)을 통해 확장부(312B)의 내부 공간에 유입한 후 연통 홀(313)을 통해 수용부(311)의 내부 공간에 유입하여 작동유체를 가습한 다음, 연통 홀(313)을 통해 확장부(312A)의 내부공간에서 가습유체 배출구(317)를 통해 외부로 배출된다.
제3실시예의 유체교환막 모듈(300)의 나머지 구성과 작용은 제1실시예의 유체교환막 모듈(100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 의한 유체교환막 모듈을 나타내는 단면도이다. 도시한 바와 같이 제4실시예에 의한 유체교환막 모듈(400)는 하우징(410)과, 중공사막 다발(430)과, 포팅부(440)를 포함한다.
제4실시예에서, 작동유체 유입구(411)와 작동유체 배출구(412)는 하우징(410)의 양단 측면에 형성되며, 가습유체 유입구(413)과 가습유체 배출구(414)는 하우징(410)의 양단부의 외면에 형성된다. 작동유체 유입구(411)와 작동유체 배출구(412)의 유로방향은 가습유체 유입구(413)과 가습유체 배출구(414)의 유로방향과 서로 교차되는 방향(직각방향)으로 형성되고, 작동유체 유입구(411)에서 작동유체 배출구(412)로 향하는 유로는 가습유체 유입구(413)에서 가습유체 배출구(414)로 향하는 유로와 교차되는 방향으로 형성된다. 하우징(410)에서 가습유체 유입구(413)는 작동유체 배출구(412) 측에 형성되고, 가습유체 배출구(414)는 작동유체 유입구(411)측에 형성된다.
제4실시예의 유체교환막 모듈(400)에서, 경사면(431)과 중공사막(432)를 구비하는 중공사막 다발(430)과, 포팅부(440)의 구성은 제1실시예의 유체교환막 모듈(100)와 유사하고, 유체교환막 모듈(400)의 작용은 제1실시예의 유체교환막 모듈(100)의 작용과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
[실시예: 유체교환막 모듈의 제조]
(비교예 1)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 원통형 하우징 몸체(지름: 280mm, 길이: 300mm) 내부에 배치시켰다.
하우징 몸체 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 중공사막 다발의 사이 공간 및 중공사막 다발과 하우징 몸체 사이 공간에 포팅용 조성물을 주입한 후, 경화시켜 실(seal)하였다. 포팅부 형성용 캡을 제거한 후, 경화된 중공사막 포팅용 조성물의 끝단을 절단하여 중공사막 다발의 끝단이 포팅부 절단부에 드러나도록 하여 포팅부를 형성한 후, 하우징 몸체의 양단부에 각각 하우징 캡을 씌워 유체교환막 모듈을 제조하였다.
(실시예 1)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 원통형 하우징 몸체(지름: 280mm, 길이: 300mm) 내부에 배치시켰다.
하우징 몸체 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 중공사막 다발의 사이 공간 및 중공사막 다발과 하우징 몸체 사이 공간에 포팅용 조성물을 주입한 후, 경화시켜 실(seal)하였다.
포팅부 형성용 캡을 제거한 후, 경화된 중공사막 포팅용 조성물의 끝단을 절단하여 중공사막 다발의 끝단이 포팅부 절단부에 드러나도록 하되, 중공사막 다발의 양측 끝 면이 각각 가습유체 유입구와 가습유체 배출구를 향하여 기울어지도록 절단하였다. 그 후, 하우징 몸체의 양단부에 각각 하우징 캡을 씌워 유체교환막 모듈을 제조하였다.
[실험예: 제조된 유체교환막 모듈의 성능 측정]
실시예 및 비교예에서 제조된 유체교환막 모듈의 작동유체 유입구로 100g/sec의 건조공기를 유입하고, 가습유체 유입구로 온도 80℃, 상대습도 60%의 고온 고습 공기를 유입하여 기체-기체 가습을 실시하였다.
가습 성능은 건조공기가 가습되어 나오는 지점의 온도와 습도를 측정하여 노점(Dew Point)으로 환산하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
구분 비교예 1 실시예 1
가습성능(℃) 41 49
상기 표 1을 참조하면, 실시예에서 제조된 유체교환막 모듈은 비교예에서 제조된 유체교환막 모듈에 비하여 가습 효율이 우수함을 알 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (9)

  1. 제1 유체 유입구와 제1 유체 배출구와 제2 유체 유입구와 제2 유체 배출구를 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 고정된 중공사막 다발을 포함하며;
    상기 중공사막 다발의 일측 끝 면이 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구를 향하여 기울어져 있는 유체교환막 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 다발의 양측 끝 면이 각각 상기 제2 유체 유입구 및 상기 제2 유체 배출구를 향하여 기울어져 있는 것인 유체교환막 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 유체 유입구는 상기 하우징의 일단 측면에 형성되고,
    상기 제2 유체 배출구는 상기 하우징의 타단 측면에 형성되는 것인 유체교환막 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중공사막 다발의 일측 끝 면은 상기 제2 유체 유입구를 향하여 기울어져 있고,
    상기 중공사막 다발의 타측 끝 면은 상기 제2 유체 유출구를 향하여 기울어져 있는 것인 유체교환막 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 다발의 일측 끝 면과 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구가 이루는 각도는 90도 미만인 것인 유체교환막 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중공사막 다발의 일측 끝 면과 상기 제2 유체 유입구 또는 상기 제2 유체 배출구가 이루는 각도는 5도 내지 30도인 것인 유체교환막 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중공사막 다발의 단부는 포팅부에 의해 결합되어 상기 하우징의 내면에 밀착하여 상기 하우징의 내부공간에 밀봉되고,
    상기 포팅부는 상기 중공사막 다발의 일측 끝 면이 기울어진 방향을 따라 기울어져 있는 것인 유체교환막 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 양단부에 결합된 하우징 캡을 포함하는 것인 유체교환막 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유체 유입구와 상기 제1 유체 배출구는 각각 상기 하우징 캡에 형성되는 것인 유체교환막 모듈.
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