中空纤维膜以及包括该膜的中空纤维膜组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及中空纤维膜以及包括该膜的中空纤维膜组件，更具体地涉及下述一种 中空纤维膜以及包括该膜的中空纤维膜组件：通过用紊流诱导中空纤维膜内外部的流体 流动而提高流动均匀性，由此能够使包括该中空纤维膜的中空纤维膜组件的性能达到最大 化。
[0002] 上述中空纤维膜可以适用于气体分离组件、加湿组件或者水处理组件等的中空纤 维膜组件上。
【背景技术】
[0003] 通常，燃料电池是能够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化学电池不同，这种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，因此与内燃机关相比效率高两倍左右。另外，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，所以环境污染物的排放程度较低。因 此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。这样的燃料电池根据所使用的电解质的种类大体分为高分子电解质型 燃料电池 （Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell:PEMFC)、磷酸型燃料电池（PAFC)、 熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC)、固体氧化物型燃料电池（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，高分子电解质型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] 在提高高分子电解质型燃料电池方面最重要的因素之一为，通过向膜电极组件 (Membrane Electrode Assembly:MEA)的高分子电解质膜（Polymer Eletrolyte Membrane 或Proton Exchange Membrane:PEM)提供规定量以上的水分，由此维持含水率。因为在高 分子电解质膜干燥时，发电效率会急剧下降。高分子电解质膜的加湿方法有1)在耐压容 器中加满水后用扩散器使目标气体通过而供给水分的鼓泡（bubbler)式加湿方式、2)将对 燃料电池反应所需供水量进行计算并通过电磁阀想气体流动管直接提供水分的直接喷射 (direct injection)方式、3)利用高分子分离膜向气体流动层供给水分的加湿膜方式等。 在这些方式中，尤其是从可实现加湿器的轻量化和小型化角度考虑，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高分子电解质膜供给以对高分子电解质 膜进行加湿的加湿膜方式有利。
[0005] 在由加湿膜方式中所使用的选择性渗透膜形成膜组件时，优选的是单位体积渗透 面积大的中空纤维膜。即，具有以下优点：利用中空纤维膜制造加湿器时，能够实现接触面 积大的中空纤维膜的高集成化，因此即使使用小容量的也可充分进行对燃料电池的加湿， 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。
[0006] 但是，现有中空纤维膜是通过单一的喷嘴以规定条件来生产出来，所以具有外径 和内径均匀的直线形状。如果这种形状的中空纤维膜被安装在气体分离用或液体分离用组 件内部，则流动阻抗会达到最小化，因此难以形成因紊流导致的均匀的流动，这在产品的性 能达到极大化方面起到障碍作用。为了弥补这样的缺陷，可以考虑增加赋予流动阻抗的部 件或挡板，但是这会使制造费用提升并需要克服设计上的困难。
[0007] 现有技术文献
[0008] 韩国专利公开第1020090013304号（公开日：2009. 02. 05)
[0009] 韩国专利公开第1020090057773号（公开日：2009. 06. 08)
[0010] 韩国专利公开第1020090128005号（公开日：2009. 12. 15)
[0011] 韩国专利公开第1020100108092号（公开日：2010. 10. 06)
[0012] 韩国专利公开第102010. 0131631号（公开日：2010. 12. 16)
[0013] 韩国专利公开第1020110001022号（公开日：2011. 01. 06)
[0014] 韩国专利公开第1020110006122号（公开日：2011. 01. 20)
[0015] 韩国专利公开第1020110006128号（公开日：2011. 01. 20)
[0016] 韩国专利公开第1020110021217号（公开日：2011. 03. 04)
[0017] 韩国专利公开第1020110026696号（公开日：2011. 03. 16)
[0018] 韩国专利公开第1020110063366号（公开日：2011. 06. 10)
【发明内容】
[0019] 技术课题
[0020] 本发明目的在于提供一种中空纤维膜，通过用紊流诱导中空纤维膜内外部的流体 流动而提高流动均匀性，由此能够使包括该中空纤维膜的中空纤维膜组件的性能达到最大 化。
[0021] 本发明的另一目的在于提供一种包括上述中空纤维膜的中空纤维膜组件。
[0022] 解决课题的技术手段
[0023] 根据本发明一实施例的中空纤维膜，其特征在于，沿着长度方向选自由所述中空 纤维膜的内径、外径以及内外径组合构成的组中的任意一个发生变化。
[0024] 沿着长度方向选自由所述中空纤维膜的内径、外径以及内外径组合构成的组中的 任意一个发生的变化可以具有周期。
[0025] 沿着长度方向选自由所述中空纤维膜的内径、外径以及内外径组合构成的组中的 任意一个发生的变化可以是以所述中空纤维膜的平均外径的2至40倍作为一个周期反复 变化。
[0026] 所述中空纤维膜的内径可以在平均内径的±40%内沿着长度方向发生变化。
[0027] 所述中空纤维膜的外径可以在平均外径的±40%内沿着长度方向发生变化。
[0028] 所述中空纤维膜的外径可以为0. 5~I. 8mm，所述中空纤维膜的内径可以为0. 2~ I. 5mm〇
[0029] 所述中空纤维膜在所述外径具有最大值的位置上所述内径可以具有最大值，在所 述外径具有最小值的位置上所述内径可以具有最小值。
[0030] 所述中空纤维膜在所述外径具有最大值的位置上厚度可以具有最大值，在所述外 径具有最小值的位置上厚度可以具有最小值。
[0031] 所述中空纤维膜可以是沿着长度方向内径发生变化且外径保持恒定。
[0032] 所述中空纤维膜可以是沿着长度方向外径发生变化且内径保持恒定。
[0033] 根据本发明另一实施例的中空纤维膜组件，其特征在于，包括壳体部和安装在所 述壳体部内并具有多个中空纤维膜的中空纤维膜部，在所述中空纤维膜中至少一个中空纤 维膜沿着长度方向选自由所述中空纤维膜的内径、外径以及内外径组合构成的组中的任意 一个发生变化。
[0034] 所述壳体部可以是两端开放，在所述壳体部的外表面上形成有注入口和排出口。
[0035] 所述中空纤维膜组件可以进一步包括封装部，所述封装部使所述中空纤维膜的两 端部固定于所述壳体部，且与所述壳体部的两端部以气密地接触。
[0036] 所述中空纤维膜组件可以进一步包括盖部，所述盖部与所述壳体部的两端结合， 在所述盖部形成有气体进出口。
[0037] 所述中空纤维膜组件可以为选自由气体分离组件、加湿组件和水处理组件构成的 组中的任意一个。
[0038] 发明的效果
[0039] 在本发明的中空纤维膜中，通过用紊流诱导中空纤维膜内外部的流体流动而提高 流动均匀性，由此能够使包括该中空纤维膜的中空纤维膜组件的性能达到最大化。
【附图说明】
[0040] 图1为根据本发明一实施例的包括中空纤维膜的中空纤维膜组件的一部分的分 解立体图；
[0041] 图2为图1中空纤维膜组件的一部分截面图；
[0042] 图3为现有的中空纤维膜的纵截面图；
[0043] 图4为图3的AA'部分的横截面图；
[0044] 图5为根据本发明一实施例的中空纤维膜的纵截面图；
[0045] 图6为图5的BB'部分的横截面图；
[0046] 图7为图5的AA'部分的横截面图；
[0047] 图8为根据本发明另一实施例的中空纤维膜的纵截面图；
[0048] 图9为图8的BB'部分的横截面图；
[0049] 图10为图8的AA'部分的横截面图；
[0050] 图11为根据本发明再一实施例的中空纤维膜的纵截面图；
[0051] 图12为图11的AA'部分的横截面图；
[0052] 图13为图11的BB'部分的横截面图。
[0053] 为实施发明的优选实施方式
[0054] 下面，将详细描述本发明的实施例，以便本发明所属技术领域的普通技术人员容 易实施。本发明可以以多种不同形式体现，并不限于在此进行说明的实施例。
[0055] 图1为根据本发明一实施例的包括中