中空纤维膜组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中空纤维膜组件。更具体地，本发明涉及下述一种中空纤维膜组 件，该中空纤维膜组件能够通过提高流经该中空纤维膜外部的流体的流动均匀性来使流体 传输效率最大化并且能够使该中空纤维膜的额外用量最小化，从而减少该中空纤维膜组件 的成本和尺寸。
【背景技术】
[0002] 燃料电池是通过氢和氧的结合产生电能的发电型电池。燃料电池与诸如干电池或 蓄电池等的一般的电池不同，燃料电池的优点是只要供给氢和氧，就可以连续发电，并且没 有热损失，因此其具有大约两倍于内燃机的效率。此外，该燃料电池由于将因氢氧结合而产 生的化学能直接转换成电能，因此其基本上没有污染物排放。相应地，燃料电池具有以下优 点：不仅对环境有利，而且能够降低因能量消耗的增加带来的人们对资源枯竭的担忧。
[0003] 根据所使用的电解质的种类大体分为聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs)、磷酸燃 料电池（PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC)、固体氧化物燃料电池（SOFC)、碱性燃料电池 (AFC)等。这些各自燃料电池归根结底根据相同原理工作，但是所使用的燃料的种类、工作 温度、催化剂、电解质等互不相同。其中，聚合物电解质膜燃料电池与其他类型的燃料电池 相比，由于能够在低温下工作，且输出密度大而能够实现小型化，因此不仅在小规模安装型 发电装备上、且在输送系统上具有最好的未来展望性。
[0004] 在提高聚合物电解质膜燃料电池性能方面最重要的因素之一为，通过提供不少于 预定水平的水分来保持膜电极组件的聚合物电解质膜中水分的含量。这就是在聚合物电解 质膜干燥时，发电效率会急剧下降的原因。
[0005] 聚合物电解质膜的加湿方法包括1)在耐压容器中加满水并使目标气体通过扩散 器从而供给水分的喷水加湿方法、2)将对燃料电池反应所需供水量进行计算并通过电磁阀 向气体流动管直接提供水分的直接喷射方法和3)利用高分子分离膜向气体流动层供给水 分的加湿膜方法等。在这些方法中，从可实现加湿器的轻量化和小型化角度考虑，加湿膜方 法有利，该方法利用仅使排出气体中所包含的水蒸气进行选择性渗透的膜将水蒸气向聚合 物电解质膜供给以对聚合物电解质膜进行加湿的。
[0006] 如果在形成膜组件时，用于加湿膜方法的选择性渗透膜是优选的中空纤维膜，其 具有高指数的单位体积渗透面积。也就是说，使用中空纤维膜生产加湿器时具有大的接触 面积的中空纤维膜的高集成化，因此即使使用小量，也可对燃料电池充分进行加湿，并能够 使用廉价材料，对从燃料电池中以高温排出的未进行反应的气体中所包含的水分和热进行 回收，以通过加湿器可进行再利用。
[0007] 但是，为了增加容量，使用中空纤维膜的加湿膜包括更大数量的中空纤维膜。在这 种情况下，加湿膜的尺寸不必要地变大，这是由于中空纤维膜的使用效率急剧地减小。也就 是说，在中空纤维膜外部流动的流体不能渗透增厚的中空纤维膜束，并且因此流体不能均 匀地流动。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] (专利文件001)韩国专利公开第10-2009-0013304号（公开日：2009. 02. 05)
[0011] (专利文件002)韩国专利公开第10-2009-0057773号（公开日：2009. 06. 08)
[0012] (专利文件003)韩国专利公开第10-2009-0128005号（公开日：2009. 12. 15)
[0013] (专利文件004)韩国专利公开第10-2010-0108092号（公开日：2010. 10. 06)
[0014] (专利文件005)韩国专利公开第10-2010-0131631号（公开日：2010. 12. 16)
[0015] (专利文件006)韩国专利公开第10-2011-0001022号（公开日：2011. 01. 06)
[0016] (专利文件007)韩国专利公开第10-2011-0006122号（公开日：2011.01.20)
[0017] (专利文件008)韩国专利公开第10-2011-0006128号（公开日：2011.01.20)
[0018] (专利文件009)韩国专利公开第10-2011-0021217号（公开日：2011. 03. 04)
[0019] (专利文件010)韩国专利公开第10-2011-0026696号（公开日：2011. 03. 16)
[0020] (专利文件011)韩国专利公开第10-2011-0063366号（公开日：2011. 06. 10)
[0021] 在【背景技术】部分公开的上述信息只用于加强对发明的【背景技术】的理解，因此其可 能包括本国的本领域技术人员已经了解的不构成现有技术的信息。
【发明内容】
[0022] 技术课题
[0023] 本发明旨在提供一种中空纤维膜组件，该中空纤维膜组件通过提高在中空纤维膜 外部流动的流体的流动均匀性来最大化流体传输效率，以及最小化该中空纤维膜的额外用 量，从而减少该中空纤维膜组件的成本和尺寸。
[0024] 技术方案
[0025] 本发明各个方面的中空纤维膜组件可以包括壳体部和安装在该壳体部的中空纤 维膜束，该中空纤维膜束具有10~200mm范围的流体渗透距离。流体渗透距离就是从所述 中空纤维膜束的横截面的最外侧的中空纤维膜到所述中空纤维膜束的横截面中心的中空 纤维膜的最短距离。
[0026] 流体渗透距离与所述中空纤维膜束的长度的比率可以在5%到100%的范围内。
[0027] 所述中空纤维膜束具有宽扁的形状。
[0028] 所述中空纤维膜束的厚度在20到400mm的范围内。
[0029] 厚度和宽度的比率在10%到100%的范围内。
[0030] 所述中空纤维膜束包括数量为相对于中空纤维膜束的总体积的30~60vol%的 多个中空纤维膜。
[0031] 所述中空纤维膜组件包括所述中空纤维膜束以及用于分开所述中空纤维膜束的 屏壁。
[0032] 所述中空纤维膜组件包括多个所述屏壁，该屏壁被设置围绕每个中空纤维膜束。
[0033] 所述屏壁具有通孔。
[0034] 所述壳体部具有圆形或具有角的横截面形状。
[0035] 所述壳体部两端开放，并且所述壳体部可以具有注入口和排出口。
[0036] 所述中空纤维膜组件进一步包括封装部，该封装部将所述中空纤维膜束的端部固 定到所述壳体部并被结合到所述壳体部的端部，以便气密地密封所述壳体部。
[0037] 所述中空纤维膜组件进一步包括盖部，所述盖部与所述壳体部的端部结合，在所 述盖部具有气体进出口。
[0038] 所述中空纤维膜组件为选自由气体分离组件、热交换组件、加湿组件和水处理组 件构成的组中的任意一个。
[0039] 发明的效果
[0040] 根据本发明的各个实施例，中空纤维膜组件通过提高中空纤维膜外部流动的流体 的流动均匀性，能够最大化流动传输效率。此外，中空纤维膜组件能够最小化中空纤维膜的 额外用量，并且因此能够减少中空纤维膜组件的成本和尺寸。
【附图说明】
[0041] 结合附图，通过下述详细的描述，能够更加清楚地理解本发明的上述和其他目的、 特征以及其他优点，其中：
[0042] 图1为根据本发明的第一例示性实施例的中空纤维膜组件的立体图；
[0043] 图2为根据本发明的第二例示性实施例的中空纤维膜组件的立体图；
[0044] 图3为图1沿着线A-A'的截面图；
[0045] 图4为传统的中空纤维膜组件的截面图；
[0046] 图5为图1沿着线B-B'的截面图；
[0047] 图6为图2沿着线B-B '的截面图。
【具体实施方式】
[0048] 下文将对本发明的例示性实