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KR102576913B1 - Membrane humidifier for fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102576913B1
KR102576913B1 KR1020230051987A KR20230051987A KR102576913B1 KR 102576913 B1 KR102576913 B1 KR 102576913B1 KR 1020230051987 A KR1020230051987 A KR 1020230051987A KR 20230051987 A KR20230051987 A KR 20230051987A KR 102576913 B1 KR102576913 B1 KR 102576913B1
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KR
South Korea
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hollow fiber
fiber membrane
membrane bundle
assembly
potting
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KR1020230051987A
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Korean (ko)
Inventor
김승현
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김승현
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Abstract

A membrane humidifier for a fuel cell according to one embodiment of the present invention comprises: a hollow fiber membrane bundle assembly composed of a bundle of hollow fiber, wherein both ends are potted with the hollow portion of the dense hollow fiber membrane exposed; and a housing assembly formed in an overall hexahedral shape and having the circumferential surface with an inlet and an outlet for wet air and dry air and an inner central portion with an assembling groove portion where the hollow fiber membrane bundle assembly is selectively fitted to be tightly accommodated, wherein a dry air flow path is formed in one direction that passes through the hollow portion of the hollow fiber membrane bundle inserted into the assembling groove portion, based on the assembling groove portion and a wet air flow path is formed in one direction that intersects the hollow fiber membrane bundle and the dry air flow path vertically, based on the assembling groove portion. According to the present invention, the flow concentration of wet air can be effectively dispersed without any cartridge in the membrane humidifier to prevent damage to the hollow fiber membrane and increase humidification efficiency.

Description

연료전지용 막가습기 및 이의 제조 방법 {Membrane humidifier for fuel cell and manufacturing method thereof}Membrane humidifier for fuel cell and manufacturing method thereof}

본 발명은 연료전지용 막가습기 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 막가습기 내부에 카트리지를 구비하지 않고도 습공기의 유량 집중을 효과적으로 분산시켜 중공사막의 손상 방지 및 가습효율이 증대됨은 물론, 막가습기의 전체 부피 및 제조비용이 절감되고, 막가습기의 제조 과정에서 중공사막 다발에서 발생하는 정전기 문제 및 가늘고 얇은 중공사막이 쉽게 손상되는 심각한 문제 등을 해소함과 함께 정해진 형상에 맞게 중공사막 다발을 정렬하는 수작업이 매우 용이하여 막가습기의 품질 관리 및 생산성이 개선된 연료전지용 막가습기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane humidifier for fuel cells and a method of manufacturing the same, and more specifically, to prevent damage to the hollow fiber membrane and increase humidification efficiency by effectively dispersing the flow concentration of humid air without providing a cartridge inside the membrane humidifier. The overall volume and manufacturing cost of the membrane humidifier are reduced, and the serious problem of static electricity occurring in the hollow fiber membrane bundle during the manufacturing process of the membrane humidifier and the serious problem of the thin hollow fiber membrane being easily damaged is eliminated, and the hollow fiber membrane bundle is tailored to the specified shape. It relates to a membrane humidifier for fuel cells and a method of manufacturing the same, which improves quality control and productivity of the membrane humidifier by making manual alignment very easy.

일반적으로 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. In general, a fuel cell is a power generation type battery that produces electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as batteries or storage batteries, fuel cells have the advantage of being able to continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, and have the advantage of being twice as efficient as internal combustion engines because there is no heat loss.

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. Additionally, because the chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy, pollutant emissions are low. Therefore, fuel cells are not only environmentally friendly, but also have the advantage of reducing concerns about resource depletion due to increased energy consumption.

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 발전장비 뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있다.Depending on the type of electrolyte used, these fuel cells are largely divided into polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), and solid oxide fuel cells ( SOFC), and alkaline fuel cell (AFC). Each of these fuel cells operates on fundamentally the same principle, but the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, etc. are different. Among these, polymer electrolyte fuel cells are known to be the most promising not only for small-scale stationary power generation equipment but also for transportation systems because they operate at lower temperatures than other fuel cells and can be miniaturized due to their high power density.

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. One of the most important factors in improving the performance of polymer electrolyte fuel cells is supplying a certain amount of moisture to the polymer electrolyte membrane (Polymer Eletrolyte Membrane or Proton Exchange Membrane: PEM) of the membrane-electrode assembly (MEA). This is to maintain the moisture content. This is because when the polymer electrolyte membrane dries, power generation efficiency rapidly decreases.

고분자 전해질 막을 가습하는 대표적인 방법으로는, 내압용기에 물을 채운 후 대상 기체를 확산기(diffuser)로 통과시켜 수분을 공급하는 버블러(bubbler) 가습 방식, 연료 전지 반응에 필요한 공급 수분량을 계산하여 솔레노이드 밸브를 통해 가스 유동관에 직접 수분을 공급하는 직접 분사(direct injection) 방식, 및 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.Representative methods for humidifying the polymer electrolyte membrane include the bubbler humidification method, which supplies moisture by filling a pressure vessel with water and passing the target gas through a diffuser, and the solenoid method by calculating the amount of water supplied for the fuel cell reaction. There is a direct injection method that supplies moisture directly to the gas flow pipe through a valve, and a humidifying membrane method that supplies moisture to the fluidized gas layer using a polymer separation membrane. Among these, the humidifying membrane method, which humidifies the polymer electrolyte membrane by providing water vapor to the gas supplied to the polymer electrolyte membrane using a membrane that selectively transmits only the water vapor contained in the exhaust gas, is advantageous in that it can lighten and miniaturize the humidifier.

이러한 가습 막 방식은 대표적으로 평막 가습기 및 중공사막 가습기로 구분된다.These humidifying membrane methods are typically divided into flat membrane humidifiers and hollow fiber membrane humidifiers.

먼저, 평막 가습기의 경우 단위 부피 내 교환 표면적이 작아 가습성능에 불리하지만, 평막 사이사이 스페이서를 구성하여 평막의 중간 부분을 강하게 고정하고있어 구조적으로 안정적이다. 또한, 평평한 시트를 쌓아 가습기를 구성함으로 납작한 직육면체로 가습기를 제작할 수 있어 패키징이 용이한 장점이 있다.First, in the case of a flat membrane humidifier, the exchange surface area within the unit volume is small, which is disadvantageous to humidification performance, but it is structurally stable because the middle part of the flat membrane is strongly fixed by forming a spacer between the flat membranes. In addition, by constructing the humidifier by stacking flat sheets, the humidifier can be manufactured as a flat rectangular parallelepiped, which has the advantage of being easy to package.

한편, 중공사막 가습기의 경우 단위 체적당 투과 면적이 크고, 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.Meanwhile, in the case of hollow fiber membrane humidifiers, the permeation area per unit volume is large and high integration of hollow fiber membranes with a wide contact surface area is possible, so that sufficient humidification of fuel cells can be achieved even in small capacities, and low-cost materials can be used, and it is possible to use low-cost materials in fuel cells. It has the advantage of being able to recover moisture and heat contained in unreacted gas discharged at high temperature and reuse it through a humidifier.

그러나, 중공사막이 적용되는 막가습기의 경우 용량을 키우기 위하여 중공사막의 가닥수를 늘릴 경우 중공사막의 사용 효율이 급격히 낮아지기 때문에, 불필요하게 제품의 크기가 커지는 단점이 있다.However, in the case of a membrane humidifier using a hollow fiber membrane, if the number of strands of the hollow fiber membrane is increased to increase capacity, the use efficiency of the hollow fiber membrane is drastically reduced, which has the disadvantage of unnecessarily increasing the size of the product.

특히, 중공 사막이 주입되는 단면이 넓어짐에 따라 중공사막 내부로 흐르는 유체의 입구 효과로 인한 치우침이 발생하며, 중공사막 외부로 흐르는 유체는 두꺼워진 중공사막 다발을 침투하여 전체적으로 균일하게 흐르기 어려운 문제점이 있었다.In particular, as the cross-section into which the hollow fiber is injected widens, bias occurs due to the entrance effect of the fluid flowing inside the hollow fiber membrane, and the fluid flowing outside the hollow fiber membrane penetrates the thickened hollow fiber membrane bundle, making it difficult to flow uniformly throughout. there was.

또한, 일반적인 연료전지용 막가습기에 이용되는 가습용 중공사막의 경우 파단인장력은 0.15 내지 0.5kg 정도로 약하기 때문에 중공사막이 습공기의 강한 유량에 의해 발생되는 운동에너지 및 난류에너지 등에 의해 끊어짐으로써 가습 성능이 하락하는 문제점이 있었다. In addition, in the case of hollow fiber membranes for humidification used in general membrane humidifiers for fuel cells, the breaking tensile force is weak at about 0.15 to 0.5 kg, so the hollow fiber membrane breaks due to kinetic energy and turbulent energy generated by the strong flow rate of humid air, resulting in a decrease in humidification performance. There was a problem.

이러한 문제로 인해 최근에는 별도의 카트리지를 이용하여 상기 카트리지 내부에 중공사막을 빽빽하게 삽입함으로써 습공기 유로로부터 중공사막을 구조적으로 보강하기 위한 시도가 이루어지고 있다.Due to this problem, attempts have recently been made to structurally reinforce the hollow fiber membrane from the wet air flow path by densely inserting the hollow fiber membrane inside the cartridge using a separate cartridge.

이러한 예로, 대한민국 등록특허 제2447975호(“연료전지용 막가습기”, 이하 선행특허 1이라 함)를 참조하면 습기를 내부로 흡입하는 습기 흡입구(12)와, 건조 공기를 배출하는 건조공기 배출구(14)를 구비한 제1하우징(10)과; 상기 제1하우징과 대응하여 결합되며, 습기를 배출하는 습기 배출구와 건조공기를 흡입하는 건조공기 흡입구를 구비하는 제2 하우징(80); 및 상기 제1 하우징(10)과 제2 하우징(80) 내측에 위치해 있는 카트리지(40);를 구비하고, 상기 카트리지(40)의 내부에 습기가 흡입 또는 배출되는 유로를 상측에서 직진 후 하방으로 진행한 후 하방 출구를 향해 배출되는 제1경로, 또는 하측에서 직진 후 상방으로 진행한 후 상방 출구를 향하여 배출되는 제2경로 중 어느 하나를 선택적으로 구성함으로써 상기 제1하우징(10) 또는 상기 제2하우징(80)과 상기 카트리지(40) 사이에서 발생하는 난류를 감소시켜 중공사막에 가해지는 진동이나 외력을 저감시키기 위한 구조가 개시되어 있다.For this example, referring to Republic of Korea Patent No. 2447975 (“Membrane humidifier for fuel cell”, hereinafter referred to as prior patent 1), there is a moisture intake port (12) that sucks moisture into the inside, and a dry air outlet (14) that discharges dry air. ) and a first housing (10) provided with; a second housing (80) coupled to the first housing and having a moisture outlet for discharging moisture and a dry air intake port for sucking dry air; and a cartridge 40 located inside the first housing 10 and the second housing 80, wherein the passage through which moisture is sucked or discharged inside the cartridge 40 goes straight from the upper side and then moves downward. The first housing 10 or the 2A structure for reducing vibration or external force applied to the hollow fiber membrane by reducing turbulence occurring between the housing 80 and the cartridge 40 is disclosed.

그러나, 상기 선행특허 1의 중공사막 가습기는 좌, 우측으로 분리되는 제1하우징 및 제2하우징 내부에 카트리지를 추가적으로 구비해야 하므로 가습기의 전체 부피 및 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2하우징의 양단에 각각 구비된 습기의 흡입구 및 배출구를 통해 카트리지를 대각선으로 가로지르는 제1경로 또는 제2경로를 따라 습기의 유선이 형성됨에 따라 습기가 카트리지 표면의 타공을 통과하면서 여전히 난류가 발생될 소지가 있고, 아울러 중공사막 중앙부에 습기의 유량이 집중될 소지가 있어 중공사막의 손상 가능성과 이로 인한 가습성능의 저하가 여전히 의문시되고 있다.However, the hollow fiber membrane humidifier of the prior patent 1 requires additional cartridges inside the first and second housings, which are separated into left and right sides, so not only does the overall volume and manufacturing cost of the humidifier increase, but the first and second housings are separated into left and right sides. 2As a moisture streamline is formed along the first or second path that diagonally crosses the cartridge through the moisture inlet and outlet provided at both ends of the housing, turbulence is still generated as the moisture passes through the perforations on the surface of the cartridge. In addition, there is a possibility that the flow of moisture may be concentrated in the central part of the hollow fiber membrane, so the possibility of damage to the hollow fiber membrane and the resulting decrease in humidification performance are still being questioned.

또한, 중공사막 가습기의 경우 단위 부피 내 교환 표면적이 커 가습성능에 유리하지만, 수백 내지 수천 가닥의 중공사막은 가늘고 얇아 카트리지에 삽입 및 포팅(pottting)하는 과정에서 중공사막이 쉽게 손상되는 특징이 있으며, 아울러 정전기 등으로 인해 정해진 형상에 맞게 정렬하는 수작업이 매우 번거로워 품질 관리에 어려운 측면이 있다.In addition, in the case of hollow fiber membrane humidifiers, the exchange surface area within the unit volume is large, which is advantageous for humidification performance. However, the hollow fiber membrane of hundreds to thousands of strands is thin and thin, so the hollow fiber membrane is easily damaged during the process of inserting and potting into the cartridge. In addition, the manual work of aligning to a given shape is very cumbersome due to static electricity, etc., making quality control difficult.

이에 따라, 중공사막 막가습기는 카트리지에 수백 내지 수천 가닥의 중공사막을 삽입하기가 어려운 단점이 존재하는데, 이에 대한 대안으로 대한민국 등록특허 제2471030호(“연료전지용 가습기”, 이하 선행특허 2라 함)의 경우 카트리지를 반으로 쪼개어 중공사막 다발을 삽입한 후 나머지 카트리지 반을 조립 후 미드 케이스(하우징)에 삽입하여 하우징과 카트리지 중공사막 다발을 한번에 포팅(pottting)하는 방안이 개시되어 있다.Accordingly, the hollow fiber membrane humidifier has the disadvantage that it is difficult to insert hundreds to thousands of hollow fiber membranes into the cartridge. As an alternative to this, Republic of Korea Patent No. 2471030 (“Humidifier for Fuel Cells”, hereinafter referred to as Prior Patent 2) ), a method is disclosed to split the cartridge in half, insert the hollow fiber membrane bundle, assemble the remaining half of the cartridge, and insert it into the mid case (housing), potting the housing and cartridge hollow fiber membrane bundle at the same time.

그러나, 상기 선행특허 2의 경우 복수의 카트리지를 이용함으로써 가습기의 전체 부피 및 제조비용이 더욱 증가할 뿐만 아니라, 습기가 상기 복수의 카트리지를 통과하면서 여전히 유량의 저하 및 난류가 발생될 소지가 있어 여전히 가습성능의 저하 우려가 남아 있있다. However, in the case of prior patent 2, not only does the overall volume and manufacturing cost of the humidifier further increase by using a plurality of cartridges, but there is still a possibility of a decrease in flow rate and turbulence occurring as moisture passes through the plurality of cartridges. There remain concerns about deterioration of humidification performance.

한국 특허등록 제2447975호 (2022.09.22. 등록)Korean Patent Registration No. 2447975 (registered on September 22, 2022)

한국 특허등록 제2471030호 (2022.11.22. 등록)Korean Patent Registration No. 2471030 (registered on November 22, 2022)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 안출된 것으로, 막가습기 내부에 카트리지를 구비하지 않고도 습공기의 유량 집중을 효과적으로 분산시켜 중공사막의 손상 방지 및 가습효율이 증대되고, 막가습기의 전체 부피 및 제조비용이 절감되는 등 소형화된 논카트리지(non-cartridge) 방식의 연료전지용 막가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention was developed to solve the above problems. By effectively dispersing the flow rate concentration of wet air without providing a cartridge inside the membrane humidifier, damage to the hollow fiber membrane is prevented and humidification efficiency is increased, and the entire membrane humidifier is maintained. The purpose is to provide a miniaturized non-cartridge membrane humidifier for fuel cells, with reduced volume and manufacturing costs.

또한, 막가습기의 제조 과정에서 중공사막 다발에서 발생하는 정전기 문제 및 가늘고 얇은 중공사막이 쉽게 손상되는 심각한 문제 등을 해소함은 물론, 정해진 형상에 맞게 중공사막 다발을 정렬하는 수작업이 매우 용이하여 막가습기의 품질 관리 및 생산성이 향상된 연료전지용 막가습기의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it solves the serious problem of static electricity occurring in the hollow fiber membrane bundle during the manufacturing process of the membrane humidifier and the serious problem of the thin hollow fiber membrane being easily damaged, and the manual work of aligning the hollow fiber membrane bundle according to the specified shape is very easy, making the membrane humidifier The purpose is to provide a method of manufacturing a membrane humidifier for fuel cells with improved quality control and productivity.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 연료전지용 막가습기는 일 실시예에 따라, 밀집된 중공사막의 중공이 노출된 상태로 양단이 포팅(potting)된 중공사막 다발로 이루어진 중공사막 다발 조립체; 및 전체적으로 육면체 형상을 갖고, 둘레면에는 습공기와 건조공기의 흡입구 및 배출구를 포함하고, 내부의 가운데 영역에는 상기 중공사막 다발 조립체가 선택적으로 끼워져 기밀하게 수용되기 위한 조립홈부가 형성되고, 상기 조립홈부를 기준으로 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발의 중공을 경유하는 일방향으로 건조공기 유로가 형성됨과 함께 상기 조립홈부를 기준으로 중공사막 다발 및 건조공기 유로를 수직하게 가로지르는 방향으로 습공기 유로가 형성되는 하우징 조립체;를 포함한다.According to one embodiment, the membrane humidifier for a fuel cell according to the present invention for achieving the above object includes a hollow fiber membrane bundle assembly consisting of a bundle of hollow fiber membranes with both ends potted with the hollows of the dense hollow fiber membranes exposed; And it has an overall hexahedral shape, and includes an inlet and an outlet for wet air and dry air on the peripheral surface, and an assembly groove portion is formed in the inner center region for selectively inserting and airtightly receiving the hollow fiber membrane bundle assembly, and the assembly groove A housing in which a dry air flow path is formed in one direction through the hollow of the hollow fiber membrane bundle inserted into the assembly groove, and a wet air flow path is formed in a direction vertically crossing the hollow fiber membrane bundle and the dry air flow path based on the assembly groove. Includes assembly;

또한 일 실시예에 따라, 상기 하우징 조립체는, 전체적으로 납작한 육면체 형상을 갖고, 상면의 가운데 영역에는 상기 중공사막 다발 조립체가 상방에서 선택적으로 끼워져 기밀하게 수용되기 위한 조립홈부가 형성되고, 상기 건조공기 흡입구와 조립홈부 사이, 및 건조공기 배출구와 조립홈부 사이 연결 구간에는 건조공기 유로의 단면적이 확장되는 일정 길이의 제1 및 제2 버퍼공간부가 각각 형성됨으로써 상기 건조공기 흡입구 및 배출구, 조립홈부, 제1 및 제2 버퍼공간부를 경유하여 건조공기 유로가 연결되고, 상기 조립홈부의 상, 하방에는 상기 조립홈부에 장착된 중공사막 다발의 배열 방향과 수직하도록 습공기 유로가 형성되는 메인 하우징; 상기 메인 하우징의 상면 또는 하면 중 적어도 한쪽 면에 장착됨에 따라 메인 하우징의 건조공기 유로 및 습공기 유로를 기밀하게 밀폐하는 커버 하우징; 및 상기 메인 하우징과 커버 하우징의 사이에 구비되어 조립홈부 및 제1, 제2 버퍼공간부의 외곽을 기밀하게 밀폐하는 씰링부재;를 포함한다.In addition, according to one embodiment, the housing assembly has an overall flat hexahedral shape, and an assembly groove is formed in the center area of the upper surface for selectively fitting the hollow fiber membrane bundle assembly from above to airtightly receive it, and the dry air intake port In the connection section between the dry air outlet and the assembly groove, and between the dry air outlet and the assembly groove, first and second buffer spaces of a certain length are formed, respectively, where the cross-sectional area of the dry air flow path is expanded, so that the dry air inlet and outlet, the assembly groove, and the first buffer space are formed. And a main housing to which a dry air flow path is connected via a second buffer space part, and a wet air flow path formed above and below the assembly groove part to be perpendicular to the arrangement direction of the hollow fiber membrane bundles mounted on the assembly groove part; A cover housing that is mounted on at least one of the upper and lower surfaces of the main housing to airtightly seal the dry air flow path and the wet air flow path of the main housing; and a sealing member provided between the main housing and the cover housing to airtightly seal the outer edges of the assembly groove and the first and second buffer spaces.

또한 일 실시예에 따라, 상기 조립홈부는 상면이 개방된 상태로 저면에는 다수의 연통공이 형성된 오목한 그릴 형상을 갖는다.Additionally, according to one embodiment, the assembly groove has a concave grill shape with an open upper surface and a plurality of communication holes formed on the lower surface.

또한 일 실시예에 따라, 상기 조립홈부는 하우징 조립체 내부에 위, 아래로 서로 마주보도록 연통돌기를 형성하고, 상기 서로 마주보는 연통돌기의 양 끝단이 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발과 접촉 지지됨과 동시에 상기 연통돌기의 사이 및 틈새 공간부를 통해 습공기 유로를 형성한다.In addition, according to one embodiment, the assembly groove portion forms communication protrusions inside the housing assembly to face each other upward and downward, and both ends of the communicating projections facing each other are in contact with and supported by the hollow fiber membrane bundle inserted into the assembly groove portion. A wet air flow path is formed through the space between and between the communicating protrusions.

또한 일 실시예에 따라, 상기 하우징 조립체 내부의 습공기 유로는 조립홈부에 장착된 중공사막 다발 조립체의 길이 방향을 수직하게 가로지르도록 상향 또는 하향의 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 습공기 유로로 공급된 습공기는 상기 중공사막 다발 조립체의 평면에 전체적으로 균일하게 분사되면서 연속적인 수직 기류를 형성한다.In addition, according to one embodiment, the wet air flow path inside the housing assembly is formed in an upward or downward orthogonal direction so as to vertically cross the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle assembly mounted in the assembly groove, and the wet air flow path supplied to the housing assembly is Wet air is sprayed uniformly throughout the plane of the hollow fiber membrane bundle assembly, forming a continuous vertical airflow.

또한 일 실시예에 따라, 상기 하우징 조립체의 습공기 유로 상에는 습공기 유로의 단면적을 확장하기 위해 제3 버퍼공간부 또는 제4 버퍼공간부 중 적어도 하나가 더 형성된다.Additionally, according to one embodiment, at least one of a third buffer space part or a fourth buffer space part is further formed on the wet air flow path of the housing assembly to expand the cross-sectional area of the wet air flow path.

또한 일 실시예에 따라, 상기 커버 하우징의 내측면 중단에는 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발 조립체를 눌러 접촉 지지하는 지지돌기가 형성된다.Additionally, according to one embodiment, a support protrusion is formed on the middle portion of the inner side of the cover housing to press and support the hollow fiber membrane bundle assembly inserted into the assembly groove.

또한 일 실시예에 따라, 상기 중공사막 다발 조립체는, 일 방향으로 가지런히 정렬된 다수의 중공사막 다발; 상기 중공사막 다발의 양단에 끼워져 중공사막 다발이 흐트러지지 않도록 고정하는 포팅 홀더; 및 상기 포팅 홀더와 중공사막 다발 사이에 주입 및 경화됨으로써 중공사막 다발의 양단을 기밀하게 포팅(potting)하는 포팅 수지;를 포함한다.Additionally, according to one embodiment, the hollow fiber membrane bundle assembly includes a plurality of hollow fiber membrane bundles neatly aligned in one direction; A potting holder fitted at both ends of the hollow fiber membrane bundle to secure the hollow fiber membrane bundle so as not to disturb it; and a potting resin that is injected and cured between the potting holder and the hollow fiber membrane bundle to airtightly pot both ends of the hollow fiber membrane bundle.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더는 좌, 우 양단이 개방된 튜브 형상의 몸체를 갖고, 상기 튜브 형상의 가운데 부분은 직경이 축소되어 잘록한 오리피스 형상을 갖는다.Also, according to one embodiment, the potting holder has a tube-shaped body with both left and right ends open, and the center portion of the tube shape has a reduced diameter and has a narrow orifice shape.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더에는 다수의 포팅 수지 침투홀이 더 형성된다.Additionally, according to one embodiment, a plurality of potting resin penetration holes are further formed in the potting holder.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더의 외측 둘레에는 씰링부재의 일부를 끼워 고정하기 위한 씰링부재 고정홈이 더 형성된다.In addition, according to one embodiment, a sealing member fixing groove is further formed on the outer circumference of the potting holder for inserting and fixing a part of the sealing member.

한편, 본 발명 연료전지용 막가습기의 제조 방법은 일 실시예에 따라, (S100) 메인 하우징 및 커버 하우징을 성형하는 단계; (S200) 중공사막 다발 조립체를 제조하는 단계; 및 (S300) 메인 하우징에 중공사막 다발 조립체를 장착한 후, 상기 메인 하우징의 상면 또는 하면에 커버 하우징을 조립하여 마감하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, according to one embodiment, the method of manufacturing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention includes (S100) forming a main housing and a cover housing; (S200) manufacturing a hollow fiber membrane bundle assembly; and (S300) mounting the hollow fiber membrane bundle assembly to the main housing and then assembling and finishing the cover housing on the upper or lower surface of the main housing.

또한 일 실시예에 따라, 상기 단계 S200은, (S210) 적정한 수량의 중공사막 다발을 준비하는 단계; (S220) 중공사막 다발을 가지런히 정렬한 후, 포팅 지그의 수직 방향으로 길쭉한 홈 사이에 층층이 끼워 적층하는 단계; (S230) 포팅 지그에 끼워져 적층된 중공사막 다발의 양단부에 포팅 홀더를 삽입하는 단계; (S240) 상기 포팅 홀더와 중공사막 다발의 양단부를 전체적으로 커버하도록 포팅 갭을 조립하는 단계; (S250) 포팅 캡 내부로 포팅 수지를 주입하여 포팅 홀더 및 중공사막 다발 사이에 포팅 수지를 침투 및 경화하는 단계; 및 (S260) 포팅 캡 제거 후, 상기 포팅 홀더로부터 돌출된 중공사막 다발의 양단부를 잘라 제거하는 단계;를 포함한다.Also, according to one embodiment, step S200 includes (S210) preparing an appropriate quantity of hollow fiber membrane bundles; (S220) aligning the hollow fiber membrane bundles and stacking them layer by layer between vertically elongated grooves of the potting jig; (S230) inserting potting holders into both ends of the laminated hollow fiber membrane bundle inserted into the potting jig; (S240) assembling a potting gap to entirely cover both ends of the potting holder and the hollow fiber membrane bundle; (S250) injecting potting resin into the potting cap to penetrate and cure the potting resin between the potting holder and the hollow fiber membrane bundle; And (S260) after removing the potting cap, cutting and removing both ends of the hollow fiber membrane bundle protruding from the potting holder.

또한 일 실시예에 따라, 상기 단계 S210 이후에, (S211) 준비된 중공사막 다발을 신축 재질의 원통형 메시에 삽입하여 흐트러지지 않도록 밀집하는 단계;를 더 포함한다.Additionally, according to one embodiment, after step S210, the method further includes (S211) inserting the prepared hollow fiber membrane bundle into a cylindrical mesh made of stretchable material and crowding it so that it is not disturbed.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 지그는 중공사막 다발이 상방에서 끼워질 수 있도록 수직 방향으로 길쭉한 제1 홈이 형성되고, 상기 제1 홈의 양단부에는 중공사막 다발의 양측에서 삽입된 포팅 홀더가 걸림될 수 있도록 제1 홈보다 홈의 간격이 더 확장된 제2 홈이 형성된다.In addition, according to one embodiment, the potting jig is formed with a first groove elongated in the vertical direction so that the hollow fiber membrane bundle can be inserted from above, and potting holders inserted from both sides of the hollow fiber membrane bundle are provided at both ends of the first groove. A second groove is formed with a gap between the grooves wider than the first groove so that it can be caught.

또한 일 실시예에 따라, 상기 제1 홈의 상단부에는 중공사막 다발이 제1 홈의 상방에서 끼워져 적층될 때 걸림되지 않도록 하방으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 가이드슬로프가 더 형성된다.In addition, according to one embodiment, a guide slope whose width gradually narrows downward is further formed at the upper end of the first groove to prevent the hollow fiber membrane bundle from getting caught when it is inserted and stacked above the first groove.

상술한 바와 같은 본 발명은, 막가습기 내부에 카트리지를 구비하지 않고도 습공기의 유량 집중을 효과적으로 분산시켜 중공사막의 손상 방지 및 가습효율이 증대되고, 막가습기의 전체 부피 및 제조비용이 절감되는 효과가 있다.As described above, the present invention effectively disperses the flow concentration of humid air without providing a cartridge inside the membrane humidifier, preventing damage to the hollow fiber membrane and increasing humidification efficiency, and reducing the overall volume and manufacturing cost of the membrane humidifier. there is.

또한, 막가습기의 제조 과정에서 중공사막 다발에서 발생하는 정전기 문제 및 가늘고 얇은 중공사막이 쉽게 손상되는 심각한 문제 등을 해소함은 물론, 정해진 형상에 맞게 중공사막 다발을 정렬하는 수작업이 매우 용이하여 막가습기의 품질 관리 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.In addition, it solves the serious problem of static electricity occurring in the hollow fiber membrane bundle during the manufacturing process of the membrane humidifier and the serious problem of the thin hollow fiber membrane being easily damaged, and the manual work of aligning the hollow fiber membrane bundle according to the specified shape is very easy, making the membrane humidifier It has the effect of improving quality control and productivity.

도 1은 본 발명 연료전지용 막가습기를 일 실시예에 따라 보인 (a) 사시도, (b) 평면도
도 2는 도 1의 분해 사시도
도 3은 도 1의 (a) A-A선 단면도, (b) B-B선 단면도
도 4는 본 발명에 따른 중공사막 다발 조립체를 일 실시예에 따라 보인 (a) 평면도, (b) C-C선 단면도, (c) 포팅 홀더의 사시도
도 5는 본 발명 연료전지용 막가습기의 내부 공기 유로를 보인 단면도로서, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도
도 6은 본 발명 연료전지용 막가습기 제조 방법을 일 실시예에 따라 보인 플로차트
도 7은 본 발명에 따른 중공사막 다발 조립체의 제조 방법을 일 실시예에 따라 보인 플로차트
도 8은 도 7의 공정 흐름도
도 9는 본 발명에 따른 포팅 지그를 일 실시예에 따라 보인 사시도
도 10은 본 발명 연료전지용 막가습기를 다른 실시예에 따라 보인 (a) 종단면도, (b) D-D선 단면도
1 is (a) a perspective view and (b) a top view showing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention according to an embodiment.
Figure 2 is an exploded perspective view of Figure 1
Figure 3 is a cross-sectional view taken along the line AA (a) and (b) a cross-sectional view taken along the line BB of Figure 1.
Figure 4 is (a) a plan view, (b) a cross-sectional view along the CC line, and (c) a perspective view of a potting holder showing the hollow fiber membrane bundle assembly according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing the internal air flow path of the membrane humidifier for fuel cells of the present invention, (a) is a cross-sectional view, and (b) is a longitudinal cross-sectional view.
Figure 6 is a flow chart showing the method of manufacturing a membrane humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flow chart showing a method of manufacturing a hollow fiber membrane bundle assembly according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a process flow chart of Figure 7
Figure 9 is a perspective view showing the potting jig according to one embodiment of the present invention.
Figure 10 is (a) a longitudinal cross-sectional view and (b) a DD line cross-sectional view showing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention according to another embodiment.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “include,” “have,” or “equipped with” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in this specification. It should be understood that this does not preclude the existence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.Unless otherwise defined herein, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. It shouldn't be.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 막가습기의 구성 및 작동 관계에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operational relationship of a membrane humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be examined in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명 연료전지용 막가습기를 일 실시예에 따라 보인 (a) 사시도, (b) 평면도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 (a) A-A선 단면도, (b) B-B선 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 중공사막 다발 조립체를 일 실시예에 따라 보인 (a) 평면도, (b) C-C선 단면도, (c) 포팅 홀더의 사시도이며, 도 5는 본 발명 연료전지용 막가습기의 내부 공기 유로를 보인 단면도로서, (a)는 횡단면도, (b)는 종단면도이다.FIG. 1 is a (a) perspective view and (b) plan view showing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention according to an embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 (a). (b) is a cross-sectional view along the line B-B, and Figure 4 is a plan view (a), (b) a cross-sectional view along the line C-C, and (c) a perspective view of the potting holder showing the hollow fiber membrane bundle assembly according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a perspective view of the potting holder. A cross-sectional view showing the internal air flow path of the membrane humidifier for fuel cells of the present invention, where (a) is a cross-sectional view and (b) is a longitudinal cross-sectional view.

상기 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 살펴보면, 본 발명 연료전지용 막가습기(10)는 크게 중공사막 다발 조립체(100) 및 하우징 조립체(부호없음)를 포함한다.Looking at the configuration according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 to 5, the membrane humidifier 10 for a fuel cell of the present invention largely includes a hollow fiber membrane bundle assembly 100 and a housing assembly (unmarked).

여기서, 상기 하우징 조립체(부호없음)는 일 실시예에 따라, 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300), 하부 커버 하우징(400) 및 제1, 제2 씰링부재(510)(520)를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the housing assembly (unmarked) includes a main housing 200, an upper cover housing 300, a lower cover housing 400, and first and second sealing members 510 and 520, according to an embodiment. It can be configured to include.

먼저, 도 4를 참조하면 중공사막 다발 조립체(100)는, 밀집된 다수의 중공사(F)의 중공(H)이 노출된 상태로 양단이 포팅(potting)된 다수의 중공사막 다발(110)로 이루어진다.First, referring to FIG. 4, the hollow fiber membrane bundle assembly 100 consists of a plurality of hollow fiber membrane bundles 110 with both ends potted with the hollows (H) of the plurality of densely packed hollow fibers (F) exposed. It comes true.

일 실시예에 따라, 상기 중공사막 다발 조립체(100)는, 일 방향으로 가지런히 정렬된 다수의 중공사막 다발(110); 상기 중공사막 다발(110)의 양단에 끼워져 중공사막 다발(110)이 흐트러지지 않도록 고정하는 포팅 홀더(120); 및 상기 포팅 홀더(120)와 중공사막 다발(110) 사이에 주입 및 경화됨으로써 중공사막 다발(110)의 양단을 기밀하게 포팅(potting)하는 포팅 수지(130);를 포함한다.According to one embodiment, the hollow fiber membrane bundle assembly 100 includes a plurality of hollow fiber membrane bundles 110 arranged neatly in one direction; A potting holder 120 that is inserted into both ends of the hollow fiber membrane bundle 110 and fixes the hollow fiber membrane bundle 110 so as not to be disturbed; and a potting resin 130 that is injected and cured between the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110 to airtightly pot both ends of the hollow fiber membrane bundle 110.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더(120)는 좌, 우 양단이 개방된 튜브 형상의 몸체(121)를 갖고, 상기 튜브 형상 몸체(121)의 중단부(122)는 직경이 축소되어 잘록한 오리피스 형상을 갖는다. 따라서, 구경이 상대적으로 큰 튜브 형상의 몸체(121)는 중공사막 다발(110)의 삽입을 용이하게 하고, 구경이 상대적으로 작은 상기 오리피스 형상의 중단부(122)에는 중공사막 다발(110)이 끼워져 압입된 상태로 흐트러지지 않도록 고정된다.Additionally, according to one embodiment, the potting holder 120 has a tube-shaped body 121 with both left and right ends open, and the middle portion 122 of the tube-shaped body 121 has a reduced diameter and is constricted. It has an orifice shape. Therefore, the tube-shaped body 121 with a relatively large diameter facilitates insertion of the hollow fiber membrane bundle 110, and the hollow fiber membrane bundle 110 is located in the middle portion 122 of the orifice shape with a relatively small diameter. It is inserted and fixed in a press-fitted state so as not to disturb.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더(120)의 튜브 형상 몸체(121)에는 다수의 포팅 수지 침투홀(121a)이 더 형성된다. 따라서, 액상의 포팅 수지(130)가 상기 포팅 수지 침투홀(121a)을 통해 포팅 홀더(120) 및 중공사막 다발(110) 사이로 침투한 후 식으면서 포팅 수지(130)의 양단부가 수축되고, 이에 의해 고체 상태로 경화된 포팅 수지(130)는 포팅 홀더(120)와 중공사막 다발(110)을 간극없이 기밀하게 결착한다.Additionally, according to one embodiment, a plurality of potting resin penetration holes 121a are further formed in the tube-shaped body 121 of the potting holder 120. Accordingly, after the liquid potting resin 130 penetrates between the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110 through the potting resin penetration hole 121a, both ends of the potting resin 130 shrink as it cools. The potting resin 130 cured into a solid state airtightly binds the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110 without any gap.

또한 일 실시예에 따라, 상기 포팅 홀더(120)의 외측 둘레에는 씰링부재 고정홈(123)이 더 형성된다. 상기 씰링부재 고정홈(123)에는 후술하는 제1 및 제2 씰링부재(510)(520)의 중단 일부(511)(521)가 끼워져 결합된다.Additionally, according to one embodiment, a sealing member fixing groove 123 is further formed around the outer circumference of the potting holder 120. The middle portions 511 and 521 of the first and second sealing members 510 and 520, which will be described later, are fitted and coupled to the sealing member fixing groove 123.

또한, 메인 하우징(200)은, 전체적으로 납작한 육면체 형상을 갖고, 상면의 가운데 영역이 오목한 그릴 형상으로 개방된 상태로 상기 중공사막 다발 조립체(100)가 상방에서 선택적으로 끼워져 수용될 수 있도록 다수의 연통공(210b)을 갖는 조립홈부(210)가 형성되고, 측면 테두리에는 대각선 방향으로 엇갈리는 위치에 건조공기 흡입구 및 배출구(220)(230)가 각각 일체로 형성됨과 함께 상기 건조공기 흡입구 및 배출구(220)(230)는 조립홈부(210)에 장착된 중공사막 다발 조립체(100)의 양단 중공사(F)의 중공(H)과 각각 건조공기 공급을 위한 건조공기 유로(도 5의 빨간색 화살표)가 연결된다. In addition, the main housing 200 has an overall flat hexahedral shape, and the central area of the upper surface is open in a concave grill shape and has a plurality of communication channels so that the hollow fiber membrane bundle assembly 100 can be selectively inserted and accommodated from the upper side. An assembly groove 210 having a ball 210b is formed, and dry air inlets 220 and 230 are integrally formed on the side edges at diagonally opposite positions, and the dry air inlets 220 ) (230) has a hollow (H) of the hollow fiber (F) at both ends of the hollow fiber membrane bundle assembly (100) mounted in the assembly groove (210) and a dry air flow path (red arrow in FIG. 5) for supplying dry air, respectively. connected.

이때, 상기 메인 하우징(200)은 납작한 육면체 형상을 갖기 때문에, 예를 들어 본 발명 막가습기(10)를 연료전지 스택(미도시) 하부에 배치하거나 특정 사이트에 세워서 구성이 가능하며, 이를 통해 전체 연료전지 시스템 패키지의 컴팩트화에 기여할 수 있다.At this time, since the main housing 200 has a flat hexahedral shape, for example, the membrane humidifier 10 of the present invention can be placed at the bottom of the fuel cell stack (not shown) or erected at a specific site, and through this, the entire membrane humidifier 10 can be configured. It can contribute to the compactization of fuel cell system packages.

또한, 상기 메인 하우징(200)의 건조공기 흡입구(220)와 조립홈부(210) 사이, 및 건조공기 배출구(230)와 조립홈부(210) 사이 연결 구간에는 건조공기 유로(도 5의 빨간색 화살표)의 단면적이 확장되는 일정 길이의 제1 및 제2 버퍼공간부(241)(242)가 각각 형성된다. In addition, a dry air flow path (red arrow in FIG. 5) is provided in the connection section between the dry air inlet 220 and the assembly groove 210 of the main housing 200, and between the dry air outlet 230 and the assembly groove 210. First and second buffer space portions 241 and 242 of a certain length with an expanded cross-sectional area are formed, respectively.

일 실시예에 따라, 상기 제1 및 제2 버퍼 공간부(241)(242)의 길이(L, 도 5a 참조)는 중공사막 다발 조립체(100)의 양단부의 폭(W, 도 5a 참조)과 동일하거나 더 크게 형성된다.According to one embodiment, the length (L, see Figure 5a) of the first and second buffer spaces 241 and 242 is the width (W, see Figure 5a) of both ends of the hollow fiber membrane bundle assembly 100. Formed to be the same or larger.

그러므로, 도 5a, b를 참조하면 상술한 건조공기 유로(도 5의 빨간색 화살표)의 구성에 따라 건조공기 흡입구(220)로 유입된 건조공기는 제1 버퍼공간부(241)를 거친 후 조립홈부(210)에 조립된 중공사막 다발 조립체(100)의 양단 중공사(F)의 중공(H)을 통과하고, 이후 제2 버퍼공간부(242)로 배출된 건조공기는 건조공기 배출구(230)로 배출된다.Therefore, referring to Figures 5a and b, the dry air flowing into the dry air intake port 220 according to the configuration of the dry air flow path (red arrow in Figure 5) described above passes through the first buffer space portion 241 and then passes through the assembly groove portion. The dry air passes through the hollow H of the hollow fiber F at both ends of the hollow fiber membrane bundle assembly 100 assembled at 210 and is then discharged to the second buffer space 242 through the dry air outlet 230. is discharged as

또한, 상부 커버 하우징(300)은, 상기 메인 하우징(200)의 상면에 장착됨에 따라 조립홈부(210)의 개방된 상부를 기밀하게 밀폐하고, 중단부에는 상기 조립홈부(210)에 장착된 중공사막 다발(110)의 배열 방향과 수직하도록 습공기 흡입구(310)가 일체로 구비됨과 함께 상기 습공기 흡입구(310)가 조립홈부(210)의 개방된 상부와 습공기 유로(도 5의 파란색 화살표)가 연결된다.In addition, the upper cover housing 300 is mounted on the upper surface of the main housing 200 to airtightly seal the open upper part of the assembly groove 210, and the middle portion has a hollow body mounted in the assembly groove 210. The wet air inlet 310 is integrally provided to be perpendicular to the arrangement direction of the desert bundle 110, and the wet air inlet 310 is connected to the open upper part of the assembly groove 210 and the wet air flow path (blue arrow in FIG. 5). do.

또한, 하부 커버 하우징(400)은, 상기 메인 하우징(200)의 하면에 장착됨에 따라 조립홈부(210)의 하부 연통공(210a)을 기밀하게 밀폐하고, 중단부에는 상기 조립홈부(210)에 장착된 중공사막 다발(110)의 배열 방향과 수직하도록 습공기 배출구(410)가 일체로 구비됨과 함께 상기 습공기 배출구(410)가 조립홈부(210)의 하부 연통공(210a)과 습공기 유로(도 5의 파란색 화살표)가 연결된다.In addition, the lower cover housing 400, as it is mounted on the lower surface of the main housing 200, airtightly seals the lower communication hole 210a of the assembly groove 210, and the middle portion is provided with the assembly groove 210. The wet air outlet 410 is integrally provided to be perpendicular to the arrangement direction of the mounted hollow fiber membrane bundle 110, and the wet air outlet 410 is connected to the lower communication hole 210a of the assembly groove 210 and the wet air flow path (FIG. 5 blue arrow) is connected.

또한, 상기 메인 하우징(200)과 상, 하부 커버 하우징(300)(400)의 사이에는 조립홈부(210) 및 제1 내지 제4 버퍼공간부(241, 242, 243, 244)의 둘레 외곽을 기밀하게 밀폐하기 위한 제1 및 제2 씰링부재(510)(520)가 각각 더 구비된다.In addition, between the main housing 200 and the upper and lower cover housings 300 and 400, the outer perimeter of the assembly groove 210 and the first to fourth buffer spaces 241, 242, 243, and 244 are formed. First and second sealing members 510 and 520 for airtight sealing are further provided, respectively.

또한, 상기 습공기 흡입구(310)와 연통되는 메인 하우징(200)의 일측면과, 습공기 배출구(410)와 연통되는 메인 하우징(200)의 일측면에는 습공기 유로(도 5a, b의 파란색 화살표)의 단면적이 확장되는 제3 및 제4 버퍼공간부(243)(244)가 각각 형성된다.In addition, one side of the main housing 200 in communication with the wet air inlet 310 and one side of the main housing 200 in communication with the wet air outlet 410 have a wet air flow path (blue arrow in Fig. 5a, b). Third and fourth buffer spaces 243 and 244 with expanded cross-sectional areas are formed, respectively.

즉, 상기 제3 및 제4 버퍼공간부(243)(244)에 의해 습공기 흡입구(310)로 공급되는 10 내지 30m/s의 빠른 유속을 가진 습공기가 중공사막 다발(110)에 직접 분사되지 않도록 한다. 이에 따라, 상기 상기 제3 및 제4 버퍼공간부(243)(244)는 습공기의 유속을 저하시켜 상기 습공기와 접촉되는 중공사막 다발(110)의 손상을 방지하며, 그로 인해 중공사막 다발(110)이 단선되지 않도록 완충한다.That is, so that the wet air with a high flow speed of 10 to 30 m/s supplied to the wet air inlet 310 by the third and fourth buffer space parts 243 and 244 is not directly sprayed onto the hollow fiber membrane bundle 110. do. Accordingly, the third and fourth buffer spaces 243 and 244 reduce the flow rate of wet air to prevent damage to the hollow fiber membrane bundle 110 in contact with the wet air, thereby reducing the hollow fiber membrane bundle 110. ) to prevent disconnection.

즉, 상기 메인 하우징(200) 내부의 습공기 유로는 조립홈부(210)에 장착된 중공사막 다발(110)의 길이 방향을 수직하게 가로지르도록 상향 또는 하향의 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 습공기 유로로 공급된 습공기는 상기 중공사막 다발(110)의 평면에 전체적으로 균일하게 분사되면서 연속적인 수직 기류를 형성한다.That is, the wet air flow path inside the main housing 200 is formed in an upward or downward orthogonal direction to vertically cross the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle 110 mounted in the assembly groove 210, and the wet air flow path is The supplied wet air is sprayed uniformly throughout the entire plane of the hollow fiber membrane bundle 110, forming a continuous vertical airflow.

그러므로, 도 5a, b를 참조하면 상술한 습공기 유로(도 5의 파란색 화살표)의 구성에 따라 습공기 흡입구(310)로 유입된 습공기는 제3 버퍼공간부(243)를 거친 후 조립홈부(210)에 조립된 중공사막 다발(110)의 측면으로 분사되고, 이 과정에서 습공기의 습기가 중공사막(F, 도 3 참조)의 중공(H) 내부로 침투된다. 이후, 습기가 제거된 습공기는 조립홈부(210)의 연통공(210a)을 통해 제4 버퍼공간부(244)로 배출된 후 하부 커버 하우징(400)의 습공기 배출구(410)를 통해 막가습기(10) 외부로 최종 배출된다.Therefore, referring to Figures 5a and b, the wet air flowing into the wet air intake port 310 according to the configuration of the wet air flow path (blue arrow in Figure 5) described above passes through the third buffer space portion 243 and then passes through the assembly groove portion 210. It is sprayed to the side of the hollow fiber membrane bundle 110 assembled in, and in this process, moisture from the humid air penetrates into the hollow H of the hollow fiber membrane F (see FIG. 3). Thereafter, the humid air from which the moisture has been removed is discharged to the fourth buffer space 244 through the communication hole 210a of the assembly groove 210 and then through the humid air outlet 410 of the lower cover housing 400 to the membrane humidifier ( 10) It is finally discharged to the outside.

즉, 상기 조립홈부(210) 및 연통공(210a)이 중공사막 다발의 하부를 떠받치고 있으므로 종래 기술의 카트리지 방식의 문제점으로 살펴본 바와 같이 중공사막 다발로 분사되는 습공기의 흐름을 방해하거나 불필요한 난류를 발생시키지 않는다. That is, since the assembly groove 210 and the communication hole 210a support the lower part of the hollow fiber membrane bundle, they do not interfere with the flow of wet air sprayed into the hollow fiber membrane bundle or cause unnecessary turbulence, as seen in the problem of the cartridge method of the prior art. does not occur

또한, 상기 조립홈부(210)의 저면에 전체적으로 균일하게 형성된 연통공(210a)에 의해 습공기 유로가 하방으로 균일하게 분산되므로 상기 습공기의 빠른 유속이 특정 부분에 집중됨에 의한 중공사막(F)의 손상과 단선이 방지될 뿐만 아니라, 습공기가 중공사막 다발(110)에 전체적으로 고르게 분산되므로 막가습기(10)의 가습성능이 향상되는 효과 또한 얻을 수 있다.In addition, since the wet air flow path is uniformly distributed downward by the communication holes 210a formed uniformly throughout the bottom of the assembly groove 210, damage to the hollow fiber membrane (F) occurs due to the high flow rate of the wet air being concentrated in a specific part. Not only is over-disconnection prevented, but the humid air is evenly distributed throughout the hollow fiber membrane bundle 110, so the humidifying performance of the membrane humidifier 10 is improved.

또한, 도 3을 참조하면 상기 상, 하부 커버 하우징(300)(400)의 내측면 중단에는 중공사막 다발 조립체(100)를 눌러 접촉 지지하기 위한 한쌍의 지지돌기(320)(420)가 각각 형성된다. 따라서, 상기 한쌍의 지지돌기(320)(420)는 중공사막 다발(110)의 중단부를 위, 아래에서 눌러 고정하므로 습공기의 분사에 의해 상기 중공사막 다발(110)이 흔들리거나 단선되는 폐단을 방지한다.In addition, referring to FIG. 3, a pair of support protrusions 320 and 420 for pressing and supporting the hollow fiber membrane bundle assembly 100 are formed on the inner sides of the upper and lower cover housings 300 and 400, respectively. do. Therefore, the pair of support protrusions 320 and 420 press and secure the middle portion of the hollow fiber membrane bundle 110 from above and below, thereby preventing the hollow fiber membrane bundle 110 from shaking or being disconnected due to spraying of wet air. do.

도 6은 본 발명 연료전지용 막가습기 제조 방법을 일 실시예에 따라 보인 플로차트이고, 도 7은 본 발명에 따른 중공사막 다발 조립체의 제조 방법을 일 실시예에 따라 보인 플로차트이며, 도 8은 도 7의 공정 흐름도이고, 도 9는 본 발명에 따른 포팅 지그를 일 실시예에 따라 보인 사시도이다.FIG. 6 is a flow chart showing a method of manufacturing a membrane humidifier for a fuel cell according to the present invention according to an embodiment, FIG. 7 is a flow chart showing a method of manufacturing a hollow fiber membrane bundle assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is FIG. 7 It is a process flow diagram, and Figure 9 is a perspective view showing the potting jig according to one embodiment of the present invention.

상기 도 6 내지 9를 참조하여 본 발명 연료전지용 막가습기의 제조 방법을 일 실시예에 따라 살펴보면 다음과 같다.With reference to FIGS. 6 to 9, a method of manufacturing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention will be described according to an embodiment as follows.

본 발명 연료전지용 막가습기의 제조 방법은, 크게 제1 단계(S100): 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300) 및 하부 커버 하우징(400)을 성형하는 단계; 제2 단계(S200): 중공사막 다발 조립체(100)를 제조하는 단계; 및 제3 단계(S300): 메인 하우징(200)에 중공사막 다발 조립체(100)를 장착한 후, 상기 메인 하우징(200)의 상, 하면에 상, 하부 커버 하우징(300)(400)을 각각 조립하여 밀폐 마감하는 단계;로 구성될 수 있다.The method of manufacturing a membrane humidifier for a fuel cell of the present invention broadly includes a first step (S100): forming the main housing 200, the upper cover housing 300, and the lower cover housing 400; Second step (S200): manufacturing the hollow fiber membrane bundle assembly 100; And the third step (S300): After mounting the hollow fiber membrane bundle assembly 100 on the main housing 200, upper and lower cover housings 300 and 400 are installed on the upper and lower surfaces of the main housing 200, respectively. It may be composed of the step of assembling and sealing.

여기서, 상기 제1 단계(S100): 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300) 및 하부 커버 하우징(400)을 성형하는 단계는, 메인 하우징이 내부에 중공사막 다발 조립체(100)가 끼워져 기밀하게 조립될 조립홈부(210) 및 연통공(210a)을 갖도록 특정 합성수지를 성형하는 공정일 수 있다. 이러한 성형 공정은 플라스틱 사출, 압출 또는 기타 이와 유사한 플라스틱 가공 공정일 수 있다.Here, in the first step (S100): forming the main housing 200, the upper cover housing 300, and the lower cover housing 400, the main housing is airtight by inserting the hollow fiber membrane bundle assembly 100 therein. This may be a process of molding a specific synthetic resin to have an assembly groove 210 and a communication hole 210a to be assembled. This molding process may be plastic injection, extrusion, or other similar plastic processing processes.

또한, 상기 제3 단계(S300)은 상기 제1 단계에서 성형된 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300) 및 하부 커버 하우징(400)을 서로 끼워 맞춰 조립하는 공정일 수 있다. 이 과정에서 상기 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300) 및 하부 커버 하우징(400) 사이에는 제1 및 제2 씰링부재(510)(520)가 개재됨으로써 상기 메인 하우징(200), 상부 커버 하우징(300) 및 하부 커버 하우징(400) 간의 밀폐력을 형성한다.Additionally, the third step (S300) may be a process of assembling the main housing 200, the upper cover housing 300, and the lower cover housing 400 formed in the first step by fitting them together. In this process, first and second sealing members 510 and 520 are interposed between the main housing 200, the upper cover housing 300, and the lower cover housing 400, thereby sealing the main housing 200 and the upper cover. Forms a sealing force between the housing 300 and the lower cover housing 400.

한편, 일 실시예에 따라 상기 제2 단계(S200)는, 하기의 세부 단계들로 구성될 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment, the second step (S200) may consist of the following detailed steps.

단계 (S210): 적정한 수량의 중공사막 다발(110)을 준비한다.Step (S210): Prepare an appropriate quantity of hollow fiber membrane bundles 110.

일 실시예에 따라, 본 단계의 중공사막(F)은 예컨대 PES(Polyethersulphone, 폴리에테르설폰), PEI(Polyetherimide, 폴리에테르이미드), PS(Polystylen, 폴리스티렌) 등 어느 하나의 고분자 재질의 중공사막(F)을 이용할 수 있으며, 상기 중공사막의 제조 과정에서 일정한 온도와 습도로 건조하는 과정이 수반된다. 이후, 상기 건조된 중공사막(F)을 특정 수량으로 분할한 뒤 한쪽 끝단부를 묶어서 건조용 틀(미도시)에 걸어 건조한다.According to one embodiment, the hollow fiber membrane (F) of this step is a hollow fiber membrane made of any polymer material, such as PES (Polyethersulphone), PEI (Polyetherimide), PS (Polystylen) F) can be used, and the manufacturing process of the hollow fiber membrane involves drying at a constant temperature and humidity. Thereafter, the dried hollow fiber membrane (F) is divided into a specific number, one end is tied, and hung on a drying frame (not shown) to dry.

이후, 한쪽 단부가 묶여 건조된 중공사막 다발(110)을 막가습기(10) 내부에 적절한 패킹밀도로 조립될 수 있는 수량과 길이의 중공사막 다발(110)로 분할한다. 이때, 일 실시예에 따라 상기 중공사막 다발(110)의 길이는 추후 포팅 수지(130)의 커팅을 위한 편측 여유 길이를 20내지 150mm를 주어 중공사막(F)을 재단한다.Thereafter, the dried hollow fiber membrane bundle 110 with one end tied is divided into hollow fiber membrane bundles 110 of a quantity and length that can be assembled with an appropriate packing density inside the membrane humidifier 10. At this time, according to one embodiment, the length of the hollow fiber membrane bundle 110 is cut by giving an extra length of 20 to 150 mm on one side for later cutting of the potting resin 130 to cut the hollow fiber membrane (F).

단계 (S211): 상기 단계 (S210)에서 준비된 중공사막 다발(110)을 신축 재질의 원통형 메시(600, 도 8 참조)에 삽입하여 흐트러지지 않도록 밀집한다. 참고로, 본 단계는 현장의 공정 설계에 따라 선택적으로 실시될 수 있다.Step (S211): The hollow fiber membrane bundle 110 prepared in step (S210) is inserted into the cylindrical mesh 600 (see FIG. 8) made of stretchable material and tightly packed so as not to be disturbed. For reference, this step can be selectively performed depending on the site process design.

이때, 상기 원통형 메시(600)는 중공사막 다발(110)을 밀집된 형태로 모아주기 위한 기능을 하는 도구로서, 일 실시예에 따라 상기 원통형 메시(600)는 벌린 상태로 중공사막 다발(110)의 삽입이 용이하도록 신축성 있는 소수성 재질의 플라스틱 필름이 이용될 수 있다.At this time, the cylindrical mesh 600 is a tool that functions to gather the hollow fiber membrane bundle 110 in a dense form. According to one embodiment, the cylindrical mesh 600 is opened and forms the hollow fiber membrane bundle 110. A flexible hydrophobic plastic film may be used to facilitate insertion.

단계 (S220): 중공사막 다발(110)을 가지런히 정렬한 후, 포팅 지그(700)의 수직 방향으로 길쭉한 제1 홈(701, 도 9 참조) 사이에 층층이 끼워 적층한다.Step (S220): After aligning the hollow fiber membrane bundles 110, they are stacked layer by layer between the first grooves 701 (see FIG. 9) elongated in the vertical direction of the potting jig 700.

본 단계에서는 일 실시예에 따라, 상술한 바와 같이 준비된 중공사막 다발(110)을 U자형 제1 홈(701)을 가진 포팅 지그(700)에 상방에서 하방으로 중공사막 다발(110)을 끼워 층층이 적층 및 정렬한다. 이때, 상기 중공사막 다발(110)은 원통형 메시(600)에 끼워져 밀집된 상태이므로 이 상태 그대로 손으로 만져 중공사막 다발(110)을 납작한 형태로 만든 후 상기 포팅 지그(700)의 제1 홈(701)에 끼워 층층이 적층한다.In this step, according to one embodiment, the hollow fiber membrane bundle 110 prepared as described above is placed in layers by inserting the hollow fiber membrane bundle 110 into the potting jig 700 having the U-shaped first groove 701 from top to bottom. Stack and align. At this time, since the hollow fiber membrane bundle 110 is tightly packed by being inserted into the cylindrical mesh 600, the hollow fiber membrane bundle 110 is made flat by touching it with the hand in this state, and then the hollow fiber membrane bundle 110 is made into a flat shape and then placed in the first groove 701 of the potting jig 700. ) and stacked layer by layer.

여기서, 도 9를 참조하면 상기 포팅 지그(700)는 중공사막 다발(110)이 상방에서 끼워질 수 있도록 수직 방향으로 길쭉한 제1 홈(701)이 형성되고, 상기 제1 홈(701)의 양단부에는 후속하는 단계 (S230)에서 중공사막 다발(110)의 양측에서 삽입될 포팅 홀더(120)가 걸림될 수 있도록 상기 제1 홈(701)보다 홈의 간격이 더 확장된 제2 홈(702)이 형성된다.Here, referring to FIG. 9, the potting jig 700 is formed with a first groove 701 elongated in the vertical direction so that the hollow fiber membrane bundle 110 can be inserted from above, and both ends of the first groove 701 There is a second groove 702 whose groove spacing is further expanded than the first groove 701 so that the potting holder 120 to be inserted from both sides of the hollow fiber membrane bundle 110 in the subsequent step (S230) can be caught. This is formed.

또한, 상기 제1 홈(701)의 상단부에는 중공사막 다발(110)이 제1 홈(701)의 상방에서 끼워져 적층될 때 걸림되지 않도록 하방으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 가이드슬로프(703)가 형성된다.In addition, a guide slope 703 whose width gradually narrows downward is formed at the upper end of the first groove 701 to prevent the hollow fiber membrane bundle 110 from getting caught when it is inserted and stacked from above the first groove 701. do.

단계 (S230): 상기 포팅 지그(700)에 끼워져 적층된 중공사막 다발(110)의 양단부에 포팅 홀더(120)를 삽입한다.Step (S230): The potting holder 120 is inserted into both ends of the hollow fiber membrane bundle 110 laminated by being inserted into the potting jig 700.

본 단계에서 바람직하게는, 상기 중공사막 다발(110)의 양단부를 벌어지지 않도록 끈 등을 이용하여 묶은 후 포팅 홀더(120)를 삽입하면 상기 포팅 홀더(120)의 삽입 작업이 보다 용이해 질 수 있다.In this step, preferably, the insertion of the potting holder 120 can be made easier by tying both ends of the hollow fiber membrane bundle 110 using a string or the like so as not to spread and then inserting the potting holder 120. there is.

단계 (S240): 상기 포팅 홀더(120)와 중공사막 다발(110)의 양단부를 전체적으로 커버하도록 포팅 갭(800)을 조립한다.Step (S240): Assemble the potting gap 800 to entirely cover both ends of the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110.

본 단계에서는 포팅 지그(700)의 제1 홈(701)의 형상에 따라 납작하게 적층된 중공사막 다발의 양단에 포팅 수지 주입을 위한 포팅 캡을 삽입하여 끼운다.In this step, potting caps for injecting potting resin are inserted and fitted onto both ends of the flatly laminated hollow fiber membrane bundle according to the shape of the first groove 701 of the potting jig 700.

단계 (S241): 본 단계에서는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 포팅 갭(800)을 고정용 블록(900)으로 강하게 눌러 밀착함으로써 포팅 캡(800)과 포팅 홀더(120) 사이의 기밀을 유지한다. 참고로, 본 단계는 현장의 공정 설계에 따라 선택적으로 실시될 수 있다.Step (S241): In this step, as shown in FIG. 8, airtightness is maintained between the potting cap 800 and the potting holder 120 by strongly pressing and adhering the potting gap 800 with the fixing block 900. . For reference, this step can be selectively performed depending on the site process design.

단계 (S250): 포팅 캡(800) 내부로 액상의 포팅 수지(130)를 주입하여 포팅 홀더(120) 및 중공사막 다발(110) 사이에 포팅 수지(130)를 침투 및 경화한다.Step (S250): Liquid potting resin 130 is injected into the potting cap 800 to penetrate and harden the potting resin 130 between the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110.

본 단계에서 일 실시예에 따라, 상기 포팅 수지(130)는 에폭시 수지 또는 폴리우레탄 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 포팅 수지(130)는 원심력을 이용한 원심성형 또는 중력을 이용한 디핑성형 중 하나에 의해 포팅 홀더(120) 및 중공사막 다발(110) 사이에 침투 및 경화된다. 추가적으로, 상기 포팅 수지(130)는 별도의 디스펜서(미도시)에서 수지 재료의 혼합간 기포를 모두 제거한 후에 포팅 캡(800)에 주입함이 바람직하다.In this step, according to one embodiment, the potting resin 130 may include at least one of epoxy resin or polyurethane resin. In addition, the potting resin 130 penetrates and hardens between the potting holder 120 and the hollow fiber membrane bundle 110 by either centrifugal molding using centrifugal force or dipping molding using gravity. Additionally, the potting resin 130 is preferably injected into the potting cap 800 after removing all air bubbles between the resin materials in a separate dispenser (not shown).

따라서, 상기와 같이 포팅 캡(800) 내부 형상에 맞게 성형된 포팅 수지(130)는 중공사막(F) 사이사이에 침투하여 채워지며, 상기 포팅 수지(130)가 경화되면 중공사막 다발(110)의 양단 둘레가 기밀하게 포팅(potting)이 완료된다.Therefore, the potting resin 130 molded to fit the inner shape of the potting cap 800 as described above penetrates and fills the spaces between the hollow fiber membranes (F), and when the potting resin 130 hardens, the hollow fiber membrane bundle 110 Airtight potting is completed around both ends.

단계 (S260): 포팅 캡(800) 제거 후, 상기 포팅 홀더(120)로부터 돌출된 중공사막 다발(110)의 양단부를 잘라 제거한다.Step (S260): After removing the potting cap 800, both ends of the hollow fiber membrane bundle 110 protruding from the potting holder 120 are cut and removed.

본 단계에서는 일 실시예에 따라, 회전날 또는 작두형날 등의 커팅기(미도시를 이용하여 상기 포팅이 완료된 포팅 수지(130)를 설정된 길이에 맞게 절단함으로써 중공사막 다발(110)의 양단부에 중공사막(F)의 중공(H)이 개방되도록 한다.In this step, according to one embodiment, the potting resin 130 on which the potting has been completed is cut to a set length using a cutting machine (not shown) such as a rotary blade or a small blade, thereby forming a hollow fiber membrane at both ends of the hollow fiber membrane bundle 110. Make sure the hollow (H) of (F) is open.

따라서, 상기와 같이 제조된 중공사막 다발 조립체(100)는 전체적으로 납작하고 평평한 형상을 가짐에 따라 중공사막 다발(110)의 중심부까지 습공기의 도달경로가 단축되어 습공기의 도달이 용이해지고, 이에 따라 막가습기의 가습성능이 향상된다.Therefore, the hollow fiber membrane bundle assembly 100 manufactured as described above has an overall flat and flat shape, so that the path of wet air reaching the center of the hollow fiber membrane bundle 110 is shortened, making it easier for wet air to reach the membrane. The humidifying performance of the humidifier is improved.

도 10은 본 발명 연료전지용 막가습기를 다른 실시예에 따라 보인 (a) 종단면도, (b) D-D선 단면도이다.Figure 10 is (a) a longitudinal cross-sectional view and (b) a cross-sectional view along the line D-D, showing the membrane humidifier for a fuel cell of the present invention according to another embodiment.

한편, 도 10을 참조하면 본 발명 연료전지용 막가습기의 하우징 조립체는 다른 실시예에 따라 메인 하우징(200), 커버 하우징(300) 및 씰링부재(500)의 3개의 컴포넌트로 구성되며, 이에 따라 앞서 살펴본 일 실시예 대비 부품 수와 조립 측면에서 더 컴팩트한 구성을 가질 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 10, the housing assembly of the membrane humidifier for fuel cells of the present invention is composed of three components, the main housing 200, the cover housing 300, and the sealing member 500, according to another embodiment, and accordingly, the previous It can have a more compact configuration in terms of number of parts and assembly compared to the example described above.

이하 일 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴보면, 다른 실시예에 따른 조립홈부(210)는 메인 하우징(200) 및 커버 하우징(300)의 내부에 각각 대향되게 형성된 연통돌기(215) 간의 틈새 공간부(210, 도 10b 참조)일 수 있다.Below, focusing on the differences from one embodiment, the assembly groove portion 210 according to another embodiment has a gap space between communication protrusions 215 formed to face each other inside the main housing 200 and the cover housing 300. It may be (210, see FIG. 10b).

상기 연통돌기(215)는 도 10b에서 도시된 바와 같이 메인 하우징(200) 및 커버 하우징(300)의 내부에 중공사막 다발(110)의 길이 방향과 수직하게 형성된다. 이때, 상기 연통돌기(215)는 중공사막 다발(110)의 길이 방향을 따라 일정 간격마다 형성되는데, 연통돌기(215) 간의 사이 공간부(215a)를 통해 중공사막 다발(110)의 상방으로 습공기가 공급된 후, 이어서 중공사막 다발(110)의 평면을 수직하게 가로지르도록 하향 분사된다. (도 10a 참조)The communication protrusion 215 is formed perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle 110 inside the main housing 200 and the cover housing 300, as shown in FIG. 10B. At this time, the communicating protrusions 215 are formed at regular intervals along the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle 110, and wet air flows upward from the hollow fiber membrane bundle 110 through the space 215a between the communicating protrusions 215. After being supplied, it is then sprayed downward to vertically cross the plane of the hollow fiber membrane bundle 110. (see Figure 10a)

이 과정에서 습공기는 건조공기가 흐르고 있는 중공사막 다발(110)과 균일하게 접촉되면서 상기 습공기에 포함된 습기가 중공사막(F)의 중공(H) 내부로 침투된다. In this process, the wet air comes into uniform contact with the hollow fiber membrane bundle 110 through which dry air flows, and the moisture contained in the wet air penetrates into the hollow H of the hollow fiber membrane F.

또한, 상기 메인 하우징(200) 및 커버 하우징(300)의 사이에는 단일의 씰링부재(500)가 더 구비된다.In addition, a single sealing member 500 is further provided between the main housing 200 and the cover housing 300.

따라서, 상기한 구성의 습공기 유로에 따라 습공기 흡입구(310)로 공급된 습공기는 제3 버퍼공간부 및 왼쪽 상단의 측면홀(213)을 통해 연통돌기(215)의 사이 공간부(215a, 도 10b 참조)로 공급된 후, 조립홈부(210)에 장착된 중공사막 다발(110)의 길이 방향을 수직하게 가로지르도록 직교하는 방향으로 하향 분사되고, 이후 오른쪽 하단의 측면홀(214) 및 제4 버퍼공간부(244)를 거쳐 최종적으로 습공기 배출구(410)로 빠져나가게 된다. Therefore, the wet air supplied to the wet air inlet 310 according to the wet air flow path of the above configuration is the space between the communication protrusions 215 through the third buffer space and the side hole 213 at the upper left (215a, Figure 10b). After being supplied to the assembly groove 210, it is sprayed downward in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle 110 mounted in the assembly groove 210, and then into the side hole 214 at the bottom right and the fourth It passes through the buffer space 244 and finally exits through the wet air outlet 410.

이 과정에서 상기 습공기 유로로 공급된 습공기는 상기 납작하고 얇게 형성된 중공사막 다발 조립체(100)의 평면상에서 전체적으로 균일하게 분사되면서 연속적인 수직 기류를 형성하므로 습기의 침투력 및 신뢰성, 나아가 가습성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In this process, the humid air supplied to the humid air flow path is sprayed uniformly throughout the flat and thin hollow fiber membrane bundle assembly 100 to form a continuous vertical airflow, thereby improving moisture penetration and reliability, and further improving humidification performance. You can get the effect.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.In addition, the present invention is not limited to just one embodiment described above, and the same effect can be created even when changing the detailed configuration, number, and arrangement structure of the device, so those skilled in the art will understand the present invention. It is stated that addition, deletion, and modification of various configurations are possible within the scope of the technical idea.

10 : (본 발명의) 연료전지용 막가습기
100 : 중공사막 다발 조립체
110 : 중공사막 다발
120 : 포팅 홀더
121 : (포팅 홀더의 튜브 형상) 몸체
121a: 포팅 수지 침투홀
122 : (포팅 홀더의 오리피스 형상) 중단부
130 : 포팅 수지
200 : 메인 하우징
210 : 조립홈부
210a: 연통공
213, 214 : 측면홀
215 : 연통돌기
215a: (연통돌기의) 사이 공간부
220 : 건조공기 흡입구
230 : 건조공기 배출구
241, 242, 243, 244: 제1, 제2, 제3, 제4 버퍼공간부
300 : 상부 커버 하우징
310 : 습공기 흡입구
320, 420 : 지지돌기
400 : 하부 커버 하우징
410 : 습공기 배출구
500 : 씰링부재
510, 520: 제1, 제2 씰링부재
600 : 원통형 메시
700 : 포팅 지그
800 : 포팅 캡
900 : 고정용 블록
F : 중공사막
H : (중공사막의) 중공
10: Membrane humidifier for fuel cells (of the present invention)
100: Hollow fiber membrane bundle assembly
110: hollow fiber membrane bundle
120: potting holder
121: (Tube shape of potting holder) Body
121a: Potting resin penetration hole
122: (Orifice shape of potting holder) middle part
130: potting resin
200: main housing
210: Assembly groove
210a: flue hole
213, 214: side hole
215: flue protrusion
215a: space between (of communication protrusions)
220: dry air intake
230: dry air outlet
241, 242, 243, 244: first, second, third, fourth buffer space parts
300: upper cover housing
310: Humid air intake
320, 420: Support protrusion
400: Lower cover housing
410: Humid air outlet
500: Sealing member
510, 520: first and second sealing members
600: Cylindrical mesh
700: Potting jig
800: potting cap
900: Fixing block
F: hollow fiber membrane
H: hollow (of hollow fiber membrane)

Claims (16)

밀집된 중공사막의 중공이 노출된 상태로 양단이 포팅(potting)된 중공사막 다발로 이루어진 중공사막 다발 조립체; 및
전체적으로 육면체 형상을 갖고, 둘레면에는 습공기와 건조공기의 흡입구 및 배출구를 포함하고, 내부의 가운데 영역에는 상기 중공사막 다발 조립체가 선택적으로 끼워져 기밀하게 수용되기 위한 조립홈부가 형성되고, 상기 조립홈부를 기준으로 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발의 중공을 경유하는 일방향으로 건조공기 유로가 형성됨과 함께 상기 조립홈부를 기준으로 중공사막 다발 및 건조공기 유로를 수직하게 가로지르는 방향으로 습공기 유로가 형성되는 하우징 조립체;를 포함하고,
상기 조립홈부는 상면이 개방된 상태로 저면에는 다수의 연통공이 형성된 오목한 그릴 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
연료전지용 막가습기.
A hollow fiber membrane bundle assembly consisting of a hollow fiber membrane bundle with both ends potted with the hollows of the dense hollow fiber membrane exposed; and
It has an overall hexahedral shape, and includes an inlet and an outlet for wet air and dry air on the peripheral surface, and an assembly groove is formed in the inner center area for selectively inserting and airtightly receiving the hollow fiber membrane bundle assembly, and the assembly groove is A housing assembly in which a dry air flow path is formed in one direction through the hollow of the hollow fiber membrane bundle inserted into the assembly groove as a reference, and a wet air flow path is formed in a direction vertically crossing the hollow fiber membrane bundle and the dry air flow path based on the assembly groove. Contains ;,
The assembly groove is characterized in that it has a concave grill shape with an open upper surface and a plurality of communication holes formed on the lower surface,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징 조립체는,
전체적으로 납작한 육면체 형상을 갖고, 상면의 가운데 영역에는 상기 중공사막 다발 조립체가 상방에서 선택적으로 끼워져 기밀하게 수용되기 위한 조립홈부가 형성되고, 상기 건조공기 흡입구와 조립홈부 사이, 및 건조공기 배출구와 조립홈부 사이 연결 구간에는 건조공기 유로의 단면적이 확장되는 일정 길이의 제1 및 제2 버퍼공간부가 각각 형성됨으로써 상기 건조공기 흡입구 및 배출구, 조립홈부, 제1 및 제2 버퍼공간부를 경유하여 건조공기 유로가 연결되고, 상기 조립홈부의 상, 하방에는 상기 조립홈부에 장착된 중공사막 다발의 배열 방향과 수직하도록 습공기 유로가 형성되는 메인 하우징;
상기 메인 하우징의 상면 또는 하면 중 적어도 한쪽 면에 장착됨에 따라 메인 하우징의 건조공기 유로 및 습공기 유로를 기밀하게 밀폐하는 커버 하우징; 및
상기 메인 하우징과 커버 하우징의 사이에 구비되어 조립홈부 및 제1, 제2 버퍼공간부의 외곽을 기밀하게 밀폐하는 씰링부재;를 포함하는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 1,
The housing assembly,
It has an overall flat hexahedral shape, and an assembly groove is formed in the center area of the upper surface for selectively inserting and airtightly receiving the hollow fiber membrane bundle assembly from above, between the dry air intake and the assembly groove, and between the dry air outlet and the assembly groove. In the connecting section, first and second buffer space parts of a certain length are formed, respectively, to expand the cross-sectional area of the dry air flow path, so that the dry air flow path is formed via the dry air inlet and outlet, the assembly groove, and the first and second buffer space parts. A main housing connected to the assembly groove and having a wet air flow path formed above and below the assembly groove to be perpendicular to the arrangement direction of the hollow fiber membrane bundle mounted on the assembly groove;
A cover housing that is mounted on at least one of the upper and lower surfaces of the main housing to airtightly seal the dry air flow path and the wet air flow path of the main housing; and
A sealing member provided between the main housing and the cover housing to airtightly seal the exterior of the assembly groove and the first and second buffer spaces.
Membrane humidifier for fuel cells.
삭제delete 밀집된 중공사막의 중공이 노출된 상태로 양단이 포팅(potting)된 중공사막 다발로 이루어진 중공사막 다발 조립체; 및
전체적으로 육면체 형상을 갖고, 둘레면에는 습공기와 건조공기의 흡입구 및 배출구를 포함하고, 내부의 가운데 영역에는 상기 중공사막 다발 조립체가 선택적으로 끼워져 기밀하게 수용되기 위한 조립홈부가 형성되고, 상기 조립홈부를 기준으로 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발의 중공을 경유하는 일방향으로 건조공기 유로가 형성됨과 함께 상기 조립홈부를 기준으로 중공사막 다발 및 건조공기 유로를 수직하게 가로지르는 방향으로 습공기 유로가 형성되는 하우징 조립체;를 포함하고,
상기 조립홈부는 하우징 조립체 내부에 위, 아래로 서로 마주보도록 연통돌기를 형성하고, 상기 서로 마주보는 연통돌기의 양 끝단이 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발과 접촉 지지됨과 동시에 상기 연통돌기의 사이 및 틈새 공간부를 통해 습공기 유로를 형성하고,
상기 중공사막 다발 조립체는,
일 방향으로 가지런히 정렬된 다수의 중공사막 다발; 및
상기 중공사막 다발의 양단에 끼워져 중공사막 다발이 흐트러지지 않도록 고정하는 포팅 홀더;를 포함하고,
상기 포팅 홀더는 좌, 우 양단이 개방된 튜브 형상의 몸체를 갖고, 상기 튜브 형상의 가운데 부분은 직경이 축소되어 잘록한 오리피스 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
연료전지용 막가습기.
A hollow fiber membrane bundle assembly consisting of a hollow fiber membrane bundle with both ends potted with the hollows of the dense hollow fiber membrane exposed; and
It has an overall hexahedral shape, and includes an inlet and an outlet for wet air and dry air on the peripheral surface, and an assembly groove is formed in the inner center area for selectively inserting and airtightly receiving the hollow fiber membrane bundle assembly, and the assembly groove is A housing assembly in which a dry air flow path is formed in one direction through the hollow of the hollow fiber membrane bundle inserted into the assembly groove as a reference, and a wet air flow path is formed in a direction vertically crossing the hollow fiber membrane bundle and the dry air flow path based on the assembly groove. Contains ;,
The assembly groove portion forms communication protrusions inside the housing assembly to face each other upward and downward, and both ends of the opposing communication projections are in contact with and supported by a bundle of hollow fiber membranes inserted into the assembly groove, and at the same time, there is a gap between and between the communication projections. Forming a wet air flow path through the space,
The hollow fiber membrane bundle assembly,
Multiple hollow fiber bundles neatly aligned in one direction; and
It includes a potting holder that is inserted into both ends of the hollow fiber membrane bundle and secures the hollow fiber membrane bundle so as not to disturb,
The potting holder has a tube-shaped body with both left and right ends open, and the central part of the tube shape has a reduced diameter and has a narrow orifice shape,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징 조립체 내부의 습공기 유로는 조립홈부에 장착된 중공사막 다발 조립체의 길이 방향을 수직하게 가로지르도록 상향 또는 하향의 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 습공기 유로로 공급된 습공기는 상기 중공사막 다발 조립체의 평면에 전체적으로 균일하게 분사되면서 연속적인 수직 기류를 형성하는 것을 특징으로 하는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 1,
The wet air flow path inside the housing assembly is formed in an upward or downward orthogonal direction to perpendicularly cross the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle assembly mounted in the assembly groove, and the wet air supplied to the wet air flow path is directed to the hollow fiber membrane bundle assembly. Characterized by forming a continuous vertical airflow while being sprayed uniformly throughout the plane of
Membrane humidifier for fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징 조립체의 습공기 유로 상에는 습공기 유로의 단면적을 확장하기 위해 제3 버퍼공간부 또는 제4 버퍼공간부 중 적어도 하나가 더 형성되는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 1,
At least one of a third buffer space portion or a fourth buffer space portion is further formed on the wet air passage of the housing assembly to expand the cross-sectional area of the wet air passage,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 2 항에 있어서,
상기 커버 하우징의 내측면 중단에는 조립홈부에 끼워진 중공사막 다발 조립체를 눌러 접촉 지지하는 지지돌기가 형성되는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 2,
A support protrusion is formed at the middle of the inner surface of the cover housing to press and support the hollow fiber membrane bundle assembly inserted into the assembly groove,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 1 항에 있어서,
상기 중공사막 다발 조립체는,
일 방향으로 가지런히 정렬된 다수의 중공사막 다발;
상기 중공사막 다발의 양단에 끼워져 중공사막 다발이 흐트러지지 않도록 고정하는 포팅 홀더; 및
상기 포팅 홀더와 중공사막 다발 사이에 주입 및 경화됨으로써 중공사막 다발의 양단을 기밀하게 포팅(potting)하는 포팅 수지;를 포함하는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 1,
The hollow fiber membrane bundle assembly,
Multiple hollow fiber bundles neatly aligned in one direction;
A potting holder fitted at both ends of the hollow fiber membrane bundle to secure the hollow fiber membrane bundle so as not to disturb it; and
A potting resin that is injected and cured between the potting holder and the hollow fiber membrane bundle to airtightly pot both ends of the hollow fiber membrane bundle.
Membrane humidifier for fuel cells.
제 8 항에 있어서,
상기 포팅 홀더는 좌, 우 양단이 개방된 튜브 형상의 몸체를 갖고, 상기 튜브 형상의 가운데 부분은 직경이 축소되어 잘록한 오리피스 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 8,
The potting holder has a tube-shaped body with both left and right ends open, and the central part of the tube shape has a reduced diameter and has a narrow orifice shape,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 8 항에 있어서,
상기 포팅 홀더에는 다수의 포팅 수지 침투홀이 더 형성되는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 8,
A plurality of potting resin penetration holes are further formed in the potting holder,
Membrane humidifier for fuel cells.
제 8 항에 있어서,
상기 포팅 홀더의 외측 둘레에는 씰링부재의 일부를 끼워 고정하기 위한 씰링부재 고정홈이 더 형성되는,
연료전지용 막가습기.
According to claim 8,
A sealing member fixing groove is further formed on the outer circumference of the potting holder for inserting and fixing a part of the sealing member.
Membrane humidifier for fuel cells.
(S100) 메인 하우징 및 커버 하우징을 성형하는 단계;
(S200) 중공사막 다발 조립체를 제조하는 단계; 및
(S300) 메인 하우징에 중공사막 다발 조립체를 장착한 후, 상기 메인 하우징의 상면 또는 하면에 커버 하우징을 조립하여 마감하는 단계;를 포함하고,
상기 단계 S200은,
(S210) 적정한 수량의 중공사막 다발을 준비하는 단계;
(S220) 중공사막 다발을 가지런히 정렬한 후, 포팅 지그의 수직 방향으로 길쭉한 홈 사이에 층층이 끼워 적층하는 단계;
(S230) 포팅 지그에 끼워져 적층된 중공사막 다발의 양단부에 포팅 홀더를 삽입하는 단계;
(S240) 상기 포팅 홀더와 중공사막 다발의 양단부를 전체적으로 커버하도록 포팅 캡을 조립하는 단계;
(S250) 포팅 캡 내부로 포팅 수지를 주입하여 포팅 홀더 및 중공사막 다발 사이에 포팅 수지를 침투 및 경화하는 단계; 및
(S260) 포팅 캡 제거 후, 상기 포팅 홀더로부터 돌출된 중공사막 다발의 양단부를 잘라 제거하는 단계;를 포함하는,
연료전지용 막가습기의 제조 방법.
(S100) forming the main housing and cover housing;
(S200) manufacturing a hollow fiber membrane bundle assembly; and
(S300) After mounting the hollow fiber membrane bundle assembly to the main housing, assembling and finishing a cover housing on the upper or lower surface of the main housing;
In step S200,
(S210) preparing an appropriate quantity of hollow fiber membrane bundles;
(S220) aligning the hollow fiber membrane bundles and stacking them layer by layer between vertically elongated grooves of the potting jig;
(S230) inserting potting holders into both ends of the laminated hollow fiber membrane bundle inserted into the potting jig;
(S240) assembling a potting cap to entirely cover both ends of the potting holder and the hollow fiber membrane bundle;
(S250) injecting potting resin into the potting cap to penetrate and cure the potting resin between the potting holder and the hollow fiber membrane bundle; and
(S260) After removing the potting cap, cutting and removing both ends of the hollow fiber membrane bundle protruding from the potting holder.
Method for manufacturing a membrane humidifier for fuel cells.
삭제delete 제 12 항에 있어서,
상기 단계 S210 이후에,
(S211) 준비된 중공사막 다발을 신축 재질의 원통형 메시에 삽입하여 흐트러지지 않도록 밀집하는 단계;를 더 포함하는,
연료전지용 막가습기의 제조 방법.
According to claim 12,
After step S210,
(S211) inserting the prepared hollow fiber membrane bundle into a cylindrical mesh made of stretchable material and crowding it so that it does not become disorganized; further comprising:
Method for manufacturing a membrane humidifier for fuel cells.
제 12 항에 있어서,
상기 포팅 지그는 중공사막 다발이 상방에서 끼워질 수 있도록 수직 방향으로 길쭉한 제1 홈이 형성되고, 상기 제1 홈의 양단부에는 중공사막 다발의 양측에서 삽입된 포팅 홀더가 걸림될 수 있도록 제1 홈보다 홈의 간격이 더 확장된 제2 홈이 형성되는,
연료전지용 막가습기의 제조 방법.
According to claim 12,
The potting jig is formed with a vertically elongated first groove so that the hollow fiber membrane bundle can be inserted from above, and both ends of the first groove have first grooves so that potting holders inserted from both sides of the hollow fiber membrane bundle can be caught. A second groove with a further expanded groove spacing is formed,
Method for manufacturing a membrane humidifier for fuel cells.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 홈의 상단부에는 중공사막 다발이 제1 홈의 상방에서 끼워져 적층될 때 걸림되지 않도록 하방으로 갈수록 폭이 점점 좁아지는 가이드슬로프가 더 형성되는,
연료전지용 막가습기의 제조 방법.
According to claim 15,
A guide slope whose width gradually narrows downward is further formed at the upper end of the first groove to prevent the hollow fiber membrane bundle from being caught when it is inserted and stacked from above the first groove.
Method for manufacturing a membrane humidifier for fuel cells.
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