KR20140125098A - 중공사막 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 상기 중공사막 모듈은 하우징부, 그리고 상기 하우징부에 내장되는 중공사막 다발을 포함하며, 상기 중공사막 다발의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막까지의 최단 유체 침투 거리가 10 내지 200mm이다.
상기 중공사막 모듈은 중공사막 외부로 흐르는 유체 흐름의 균일성을 향상시켜 전달 효율을 극대화함으로써, 중공사막 모듈의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈의 크기를 소형화할 수 있다.
상기 중공사막 모듈은 중공사막 외부로 흐르는 유체 흐름의 균일성을 향상시켜 전달 효율을 극대화함으로써, 중공사막 모듈의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈의 크기를 소형화할 수 있다.
Description
본 발명은 중공사막 모듈에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 중공사막 외부로 흐르는 유체 흐름의 균일성을 향상시켜 전달 효율을 극대화함으로써, 중공사막 모듈의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈의 크기를 소형화할 수 있는 중공사막 모듈에 관한 것이다.
상기 중공사막 모듈은 기체 분리 모듈, 가습 모듈 또는 수처리 모듈 등일 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 2배가량 높다는 장점이 있다. 또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC), 인산형 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염형 연료 전지(MCFC), 고체 산화물형 연료 전지(SOFC), 및 알칼리형 연료 전지(AFC) 등으로 분류할 수 있다. 이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.
고분자 전해질형 연료 전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer 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 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 가습기를 제조할 경우 접촉 표면적이 넓은 중공사막의 고집적화가 가능하여 소용량으로도 연료 전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고, 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료 전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통해 재사용할 수 있다는 이점을 갖는다.
그러나, 종래의 중공사막이 적용되는 모듈의 경우 용량을 키우기 위하여 중공사막의 가닥수를 늘리게 될 경우 중공사막의 사용 효율이 급격히 낮아지기 때문에, 불필요하게 제품의 크기가 커지는 단점이 있다. 특히, 중공사막이 주입되는 단면이 넓어짐에 따라 중공사막 내부로 흐르는 유체의 입구 효과로 인한 치우침이 발생하며, 중공사막 외부로 흐르는 유체는 두꺼워진 중공사막 다발을 침투하여 전체적으로 균일하게 흐르기 어렵게 된다.
본 발명의 목적은 중공사막 외부로 흐르는 유체 흐름의 균일성을 향상시켜 전달 효율을 극대화함으로써, 중공사막 모듈의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈의 크기를 소형화할 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈은 하우징부, 그리고 상기 하우징부에 내장되는 중공사막 다발을 포함하며, 상기 중공사막 다발의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막까지의 최단 유체 침투 거리가 10 내지 200mm이다.
상기 중공사막 다발의 길이에 대한 상기 최단 유체 침투 거리의 비율이 5 내지 100%일 수 있다.
상기 중공사막 다발은 길이 방향으로 펀펀하면서, 폭이 넓고 두께가 얇은 넓적한 형상을 가질 수 있다.
상기 중공사막 다발의 두께는 20 내지 400mm일 수 있다.
상기 중공사막 다발의 폭에 대한 두께의 비율은 10 내지 100%일 수 있다.
상기 중공사막 다발은 그 전체 부피 대하여 상기 중공사막을 30 내지 60 부피%로 포함할 수 있다.
상기 중공사막 모듈은 복수의 중공사막 다발들 및 상기 복수의 중공사막 다발들을 구획하는 격벽을 포함할 수 있다.
상기 격벽은 복수개로 포함되며, 상기 복수개의 격벽은 상기 복수의 중공사막 다발들 각각을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 격벽에는 유체 유통구가 형성될 수 있다.
상기 하우징부는 횡단면 형상이 원형 또는 각형일 수 있다.
상기 하우징부는 양단이 개방되고, 외표면에 주입구와 배출구가 형성될 수 있다.
상기 중공사막 모듈은 상기 중공사막의 양단부를 상기 하우징부에 고정시키며, 상기 하우징부의 양단부와 기밀 가능하게 접하는 포팅부를 더 포함할 수 있다.
상기 중공사막 모듈은 상기 하우징부의 각 양단에 결합되며, 유체 출입구가 형성되어 있는 커버들을 더 포함할 수 있다.
상기 중공사막 모듈은 기체 분리 모듈, 가습 모듈 및 수처리 모듈로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 중공사막 모듈은 중공사막 외부로 흐르는 유체 흐름의 균일성을 향상시켜 전달 효율을 극대화함으로써, 중공사막 모듈의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈의 크기를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈을 일부 분해한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 일부 분해한 사시도이다.
도 3은 도 1의 중공사막 모듈을 A-A'선을 기준으로 절단한 일부 단면도이다.
도 4는 종래의 중공사막 모듈의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 2의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 일부 분해한 사시도이다.
도 3은 도 1의 중공사막 모듈을 A-A'선을 기준으로 절단한 일부 단면도이다.
도 4는 종래의 중공사막 모듈의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 2의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈을 일부 분해한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 일부 분해한 사시도이다. 도 3은 도 1의 중공사막 모듈을 A-A'선을 기준으로 절단한 일부 단면도이다. 상기 도 1 내지 도 3에 도시된 중공사막 모듈은 가습 모듈을 일 실시예로서 도시한 것이다. 그러나, 상기 중공사막 모듈은 상기 가습 모듈에 한정되지 않으며, 기체 분리 모듈 또는 수처리 모듈 등일 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기 중공사막 모듈에 대하여 설명한다. 상기 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 중공사막 모듈(10)은 하우징부(1), 중공사막 다발(4), 포팅부(2) 및 커버(5)들을 포함한다.
상기 하우징부(1)와 상기 커버(5)들은 상기 중공사막 모듈(10)의 외형을 이루는 부재들이다. 상기 하우징부(1)와 상기 커버(5)들은 폴리카보네이트 등의 경질 플라스틱이나 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 하우징부(1)와 상기 커버(5)들은 폭 방향 단면 형상이 도 1에서 도시된 바와 같이 각형이거나, 또는 도 2에서 도시된 바와 같이 원형일 수 있다. 상기 각형은 사각형, 정사각형, 사다리꼴, 평행사변형, 오각형, 육각형 등일 수 있으며, 상기 각형은 모서리가 라운드진 형태일 수도 있다. 또한, 상기 원형은 타원형일 수도 있다.
상기 하우징부(1)의 개방된 양단은 포팅부(2)에 매립되고, 상기 포팅부(2)는 상기 하우징부(1)의 둘레부(12)에 의하여 감싸진다. 상기 둘레부(12)에는 가습 유체가 공급되는 주입구(121)이 형성되어 있으며, 타단부를 감싸는 상기 둘레부(12)에는 상기 하우징부(1)의 내부를 통과한 가습 유체가 빠져나가는 배출구(122)이 형성되어 있다.
상기 하우징부(1)의 내부에는 수분을 선택적으로 통과시키는 복수의 중공사막(41)로 이루어진 중공사막 다발(4)이 내장된다. 여기서 상기 중공사막(41)의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
상기 포팅부(2)는 상기 중공사막 다발(4)의 양단부에서 상기 중공사막(41)들을 결속하면서 상기 중공사막(41)들의 사이의 공극을 메운다. 상기 포팅부(2)는 상기 하우징부(1)의 양단부의 내측면에 접하여 상기 하우징부(1)를 기밀시킬 수 있다. 상기 포팅부(2)의 재질은 공지된 바에 따른 것으로 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
상기 포팅부(2)는 상기 하우징부(1)의 양단 내부 각각에 형성됨으로써 상기 중공사막 다발(4)은 그 양단부가 상기 하우징부(1)에 고정된다. 이로써 상기 하우징부(1)는 양단이 상기 포팅부(2)에 막히어 그 내부에는 가습 유체가 통과하는 유로가 형성된다.
한편, 상기 커버(5)는 상기 하우징부(1)의 각 양단에 결합된다. 상기 각 커버(5)에는 유체 출입구(51)가 형성되어 있다. 상기 일측 커버(5)의 유체 출입구(51)로 유입된 작동 유체는 중공사막(41)의 내부 관로를 통과하며 가습되고, 타측 커버(5)의 유체 출입구(51)로 빠져나가게 된다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 포팅부(2)는 상기 둘레부(12)의 끝단(12a)의 대략 중간 부분에서 상기 하우징부(1)의 중심을 향하여 오름 경사지게 형성될 수 있고, 상기 중공사막(41)들은 상기 포팅부(2)를 관통하여 상기 포팅부(2)의 끝단에서 관로가 노출될 수 있다. 상기 포팅부(2)에 의하여 가려지지 아니한 상기 둘레부(12)의 끝단(12a)에는 실링부재(S)가 대어지고, 상기 커버(5)가 이를 가압하며 상기 하우징부(1)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 중공사막 다발(4)은 상기 중공사막 다발(4)의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막까지의 최단 유체 침투 거리가 10 내지 200mm일 수 있고, 20 내지 100 mm일 수 있다.
도 4는 종래의 중공사막 모듈의 횡단면도이고, 도 5는 도 1의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 단면도이고, 도 6은 도 2의 중공사막 모듈을 B-B'선을 기준으로 절단한 단면도이다. 이하, 도 4 내지 6을 참고하여, 상기 중공사막 다발(4)의 상기 최단 유체 침투 거리에 대하여 설명한다.
상기 중공사막 다발(4)의 횡단면은 상기 중공사막 다발(4)의 길이 방향에 수직한 방향으로 상기 중공사막 다발(4)을 절단하였을 때 드러나는 면이다. 이에 따라, 상기 중공사막 다발(4)의 횡단면 형상은 복수의 중공사막(41)들이 간격을 두거나 붙어서 뭉쳐져 있는 형상이다.
상기 중공사막 다발(4)은 길이 방향에 따라 무수한 횡단면을 가질 수 있는데, 상기 최단 유체 침투 거리를 측정하는 횡단면은 상기 무수한 횡단면 중 어느 하나일 수 있고, 대표적으로는 상기 중공사막 다발(4)의 끝단, 즉 상기 포팅부(2)를 관통하여 상기 포팅부(2)의 표면에 드러난 상기 중공사막 다발(4)의 단면일 수 있다.
또한, 상기 중공사막 다발(4)의 횡단면 상에서 상기 최외곽에 존재하는 중공사막은 상기 중공사막 다발(4)의 표면에 존재하는 중공사막(41)이고, 상기 중공사막 다발(4)의 횡단면의 한 가운데는 상기 횡단면 형상의 무게 중심을 의미한다. 또한, 상기 무게 중심에 상기 중공사막(41)이 존재하지 않을 경우, 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막(41)은 상기 무게 중심에서 가장 가까이에 위치하는 중공사막(41)이다.
한편, 상기 도 4를 참조하면, 종래의 중공사막 다발(4')은 상기 중공사막 다발(4')의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막(42o)으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막(42c)까지의 최단 유체 침투 거리(42T)가 200mm를 초과한다. 상기 중공사막 다발(4')의 횡단면이 넓어짐에 따라 상기 중공사막(41) 내부로 흐르는 유체의 입구 효과로 인한 치우침이 발생하며, 중공사막(41) 외부로 흐르는 유체는 두꺼워진 상기 중공사막 다발(4')을 침투하여 전체적으로 균일하게 흐르기 어렵다.
반면, 도 5 및 6을 참조하면, 상기 중공사막 다발(4)은 상기 중공사막 다발(4)의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막(43o, 44o)으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막(43c, 44c)까지의 최단 유체 침투 거리(43T, 44T)가 10 내지 200mm이다. 상기 최단 유체 침투 거리(43T, 44T)가 상기 범위 내인 경우, 상기 중공사막 다발(4)의 내부로 침투하는 상기 가습 유체의 침투가 용이하다. 이에 따라, 상기 중공사막 모듈(10)은 상기 중공사막 다발(4)의 외부로 흐르는 상기 가습 유체의 흐름 균일성을 향상시킴으로써 전달 효율을 극대화함으로써, 상기 중공사막 모듈(10)의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈(10)의 크기를 소형화할 수 있다.
상기 중공사막 다발(4)의 전체 길이에 대한 상기 최단 유체 침투 거리(43T, 44T)의 비율은 5 내지 100%일 수 있고, 바람직하게 10 내지 60% 일 수 있다. 상기 중공사막 다발(4)의 전체 길이에 대한 상기 최단 유체 침투 거리(43T, 44T)의 비율이 5% 미만인 경우 중공사막 다발(4)의 두께가 너무 얇아 충분한 중공사막(41)을 포함하지 못할 수 있고, 100%를 초과하는 경우 중공사막 다발(4)로 유체가 침투하기 어려워 중공사막(41)의 사용 효율이 낮아질 수 있다.
상기 중공사막 다발(4)은 넓적한 형상을 가질 수 있다. 상기 중공사막 다발(4)의 넓적한 형상은 길이 방향으로 펀펀하면서, 폭이 넓고 두께가 얇은 형상을 의미한다. 이때, 상기 두께 보다 상기 폭의 길이가 더 길다.
상기 중공사막 다발(4)의 두께는 20 내지 400mm일 수 있고, 바람직하게 40 내지 100 mm일 수 있다. 상기 넓적한 형상의 중공사막 다발(4)의 두께가 상기 범위 내인 경우, 상기 중공사막 다발(4)의 내부로 침투하는 상기 가습 유체의 침투가 용이하다. 이에 따라, 상기 중공사막 모듈(10)은 상기 중공사막 다발(4)의 외부로 흐르는 상기 가습 유체의 흐름 균일성을 향상시킴으로써 전달 효율을 극대화함으로써, 상기 중공사막 모듈(10)의 용량을 늘리기 위한 중공사막의 추가 사용을 최소화하여, 원가를 절감하고, 상기 중공사막 모듈(10)의 크기를 소형화할 수 있다.
상기 중공사막 다발(4)의 폭에 대한 두께의 비율은 10 내지 100%일 수 있고, 바람직하게 20 내지 60%일 수 있다. 상기 중공사막 다발(4)의 폭에 대한 두께의 비율이 10% 미만인 경우 폭 방향의 균일한 유체 흐름을 유도하기 어려워 중공사막(41)의 사용 효율이 낮아질 수 있고, 100%를 초과하는 경우 상기 중공사막 다발(4)의 두께를 상대적으로 얇게 해야 하므로 충분한 중공사막(41)을 포함하지 못할 수 있다.
상기 중공사막 다발(4)은 그 전체 부피 대하여 상기 중공사막(41)을 30 내지 60 부피%로 포함할 수 있다. 상기 중공사막(41)의 함량이 30 부피% 미만이면 충분한 중공사막(41)을 포함히지 못해 상기 중공사막 모듈(10)의 부피가 커질 수 있고, 60 부피%를 초과하는 경우 중공사막(41)의 밀집도가 너무 커서 제조하기 어려울 수 있고, 중공사막(41) 외부로 흐르는 유체로 인한 압력 강하가 커킬 수 있다.
상기 중공사막 모듈(10)은 복수의 중공사막 다발(4)들 및 상기 복수의 중공사막 다발들을 구획하는 격벽(9)을 포함할 수 있다. 상기 격벽(9)에는 유체 유통구(8)가 형성되어 상기 가습 유체가 상기 유체 유통구(8)를 통하여 상기 격벽(9)을 통과하여 상기 중공사막 다발(4)들의 외부로 흐를 수 있도록 한다.
또한, 상기 격벽(9)은 복수개일 수 있고, 상기 복수개의 격벽(9)들은 상기 복수의 중공사막 다발(4)들 각각을 둘러싸도록 배치되어 상기 중공사막 다발(4)들을 구획할 수 있다.
상기 작동 유체는 상기 일측의 커버(5)의 유체 출입구(51)를 통하여 상기 하우징부(1) 내로 공급되어 상기 중공사막(41)들의 내부로 흘러, 상기 타측의 커버(5)의 유체 출입구(51)를 통하여 상기 중공사막 모듈(10) 외부로 배출된다. 한편, 상기 가습 유체는 상기 하우징부(1)의 주입구(121)을 통하여 상기 하우징부(1)의 일측 둘레부(12)로 공급된 후, 상기 격벽(9)의 일측 유체 유통구(8)를 통하여 상기 격벽(9)을 통과하여 상기 중공사막(41)들의 외부로 흘러 상기 격벽(9)의 타측 유체 유통구(8)를 통하여 상기 하우징부(1)의 타측 둘레부(12)로 배출된 후, 상기 하우징부(1)의 배출구(122)을 통하여 상기 하우징부(1) 외부로 배출된다. 상기 작동 유체와 상기 가습 유체는 각각 중공사막(41)의 내부와 외부로 흐르면서 수분 등의 물질을 교환하게 된다.
상기 작동 유체는 저습의 유체이고, 상기 가습 유체는 고습의 유체일 수 있다. 상기에서는 상기 작동 기체가 상기 중공사막(41) 내부로 흐르고, 상기 가습 유체가 상기 중공사막(41) 외부로 흐르는 것으로 설명하였으나, 상기 작동 기체가 상기 중공사막(41) 외부로 흐르고, 상기 가습 유체가 상기 중공사막(41) 내부로 흐를 수도 있다.
[
실시예
: 가습 모듈의 제조]
(
비교예
)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 하나의 다발로 각형 하우징(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 500mm) 내부에 배치시켰다. 이때, 상기 중공사막 다발의 최단 유체 침투 거리는 205mm였다.
상기 하우징 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 하우징 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 하우징의 양단부에 커버를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
(
실시예
1)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14,000개를 넓적한 형상인 두개의 다발(각각 7000개)로 분할하여 각형 하우징(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 250mm) 내부에 배치시켰다. 이때, 상기 중공사막 다발의 최단 유체 침투 거리는 60mm 였다
상기 하우징 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 하우징 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 하우징의 양단부에 커버를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
(
실시예
2)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14000개를 넓적한 형상인 세개의 다발(각각 4666개)로 분할하여 각형 하우징(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 250mm) 내부에 배치시켰다. 이때, 상기 중공사막 다발의 최단 유체 침투 거리는 40mm였다.
상기 하우징 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 하우징 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 하우징의 양단부에 커버를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
(
실시예
3)
폴리설폰 중공사막(외경 900um, 내경 800um) 14000개를 넓적한 형상으로 6개의 다발(각각 1555개)로 분할하여 각형 하우징(가로 250mm, 세로 250mm, 높이 250mm) 내부에 배치시켰다. 이때, 상기 중공사막 다발의 최단 유체 침투 거리는 20mm였다.
상기 하우징 양단에 포팅부 형성용 캡을 씌우고, 상기 중공사막 다발의 사이 공간 및 상기 중공사막 다발과 상기 하우징 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 하우징의 양단부에 커버를 씌워 가습 모듈을 제조하였다.
[
실험예
: 제조된
포팅부의
성능 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 가습 모듈의 중공사막 내부와 외부에 각각 50g/sec의 건조공기를 유입하고 중공사막 외부는 온도 70℃, 습도 90% 로 고정하고, 중공사막 내부는 온도 40℃, 습도 10%로 고정하여 기체-기체 가습을 실시하였다.
가습 성능은 상기 중공사막 내부를 흐르는 공기가 가습되어 나오는 지점의 온도와 습도를 측정하여 노점(Dew Point)으로 환산하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 비교예 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 |
| 가습성능(℃) | 48 | 56 | 58 | 53 |
상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예에서 제조된 가습 모듈은 비교예에서 제조된 가습 모듈에 비하여 사이즈가 작어면서도 가습 성능이 더 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.
10 : 중공사막 모듈
1 : 하우징부
12 : 둘레부
121 : 주입구
122 : 배출구
12a : 둘레부의 끝단
2 : 포팅부
4 : 중공사막 다발
4': 종래의 중공사막 다발
41 : 중공사막
42T, 43T, 44T : 최단 유체 침투 거리
42c, 43c, 44c : 최외곽에 존재하는 중공사막
42o, 43o, 44o : 가운데 존재하는 중공사막
5 : 커버
51 : 유체 출입구
8 : 유체 유통구
9 : 격벽
1 : 하우징부
12 : 둘레부
121 : 주입구
122 : 배출구
12a : 둘레부의 끝단
2 : 포팅부
4 : 중공사막 다발
4': 종래의 중공사막 다발
41 : 중공사막
42T, 43T, 44T : 최단 유체 침투 거리
42c, 43c, 44c : 최외곽에 존재하는 중공사막
42o, 43o, 44o : 가운데 존재하는 중공사막
5 : 커버
51 : 유체 출입구
8 : 유체 유통구
9 : 격벽
Claims (14)
- 하우징부, 그리고
상기 하우징부에 내장되는 중공사막 다발을 포함하며,
상기 중공사막 다발의 횡단면 상에서 최외곽에 존재하는 중공사막으로부터 상기 횡단면 상에서 한 가운데 존재하는 중공사막까지의 최단 유체 침투 거리가 10 내지 200mm인 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 다발의 길이에 대한 상기 최단 유체 침투 거리의 비율이 5 내지 100%인 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 다발은 길이 방향으로 펀펀하면서, 폭이 넓고 두께가 얇은 넓적한 형상을 가지는 것인 중공사막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 중공사막 다발의 두께는 20 내지 400mm인 것인 중공사막 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 중공사막 다발의 폭에 대한 두께의 비율은 10 내지 100%인 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 다발은 그 전체 부피 대하여 상기 중공사막을 30 내지 60 부피%로 포함하는 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은 복수의 중공사막 다발들 및 상기 복수의 중공사막 다발들을 구획하는 격벽을 포함하는 것인 중공사막 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 격벽은 복수개로 포함되며,
상기 복수개의 격벽은 상기 복수의 중공사막 다발들 각각을 둘러싸도록 배치되는 것인 중공사막 모듈. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 격벽에는 유체 유통구가 형성된 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 하우징부는 횡단면 형상이 원형 또는 각형인 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 하우징부는 양단이 개방되고, 외표면에 주입구와 배출구가 형성된 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은 상기 중공사막의 양단부를 상기 하우징부에 고정시키며, 상기 하우징부의 양단부와 기밀 가능하게 접하는 포팅부를 더 포함하는 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은 상기 하우징부의 각 양단에 결합되며, 유체 출입구가 형성되어 있는 커버들을 더 포함하는 것인 중공사막 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은 기체 분리 모듈, 가습 모듈 및 수처리 모듈로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 중공사막 모듈.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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