中空纖維膜組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種中空纖維膜組件。更具體地，本發(fā)明涉及下述一種中空纖維膜組 件，該中空纖維膜組件能夠通過(guò)提高流經(jīng)該中空纖維膜外部的流體的流動(dòng)均勻性來(lái)使流體 傳輸效率最大化并且能夠使該中空纖維膜的額外用量最小化，從而減少該中空纖維膜組件 的成本和尺寸。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池是通過(guò)氫和氧的結(jié)合產(chǎn)生電能的發(fā)電型電池。燃料電池與諸如干電池或 蓄電池等的一般的電池不同，燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是只要供給氫和氧，就可以連續(xù)發(fā)電，并且沒(méi) 有熱損失，因此其具有大約兩倍于內(nèi)燃機(jī)的效率。此外，該燃料電池由于將因氫氧結(jié)合而產(chǎn) 生的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，因此其基本上沒(méi)有污染物排放。相應(yīng)地，燃料電池具有以下優(yōu) 點(diǎn)：不僅對(duì)環(huán)境有利，而且能夠降低因能量消耗的增加帶來(lái)的人們對(duì)資源枯竭的擔(dān)憂。
[0003] 根據(jù)所使用的電解質(zhì)的種類(lèi)大體分為聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFCs)、磷酸燃 料電池（PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC)、固體氧化物燃料電池（SOFC)、堿性燃料電池 (AFC)等。這些各自燃料電池歸根結(jié)底根據(jù)相同原理工作，但是所使用的燃料的種類(lèi)、工作 溫度、催化劑、電解質(zhì)等互不相同。其中，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池與其他類(lèi)型的燃料電池 相比，由于能夠在低溫下工作，且輸出密度大而能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，因此不僅在小規(guī)模安裝型 發(fā)電裝備上、且在輸送系統(tǒng)上具有最好的未來(lái)展望性。
[0004] 在提高聚合物電解質(zhì)膜燃料電池性能方面最重要的因素之一為，通過(guò)提供不少于 預(yù)定水平的水分來(lái)保持膜電極組件的聚合物電解質(zhì)膜中水分的含量。這就是在聚合物電解 質(zhì)膜干燥時(shí)，發(fā)電效率會(huì)急劇下降的原因。
[0005] 聚合物電解質(zhì)膜的加濕方法包括1)在耐壓容器中加滿水并使目標(biāo)氣體通過(guò)擴(kuò)散 器從而供給水分的噴水加濕方法、2)將對(duì)燃料電池反應(yīng)所需供水量進(jìn)行計(jì)算并通過(guò)電磁閥 向氣體流動(dòng)管直接提供水分的直接噴射方法和3)利用高分子分離膜向氣體流動(dòng)層供給水 分的加濕膜方法等。在這些方法中，從可實(shí)現(xiàn)加濕器的輕量化和小型化角度考慮，加濕膜方 法有利，該方法利用僅使排出氣體中所包含的水蒸氣進(jìn)行選擇性滲透的膜將水蒸氣向聚合 物電解質(zhì)膜供給以對(duì)聚合物電解質(zhì)膜進(jìn)行加濕的。
[0006] 如果在形成膜組件時(shí)，用于加濕膜方法的選擇性滲透膜是優(yōu)選的中空纖維膜，其 具有高指數(shù)的單位體積滲透面積。也就是說(shuō)，使用中空纖維膜生產(chǎn)加濕器時(shí)具有大的接觸 面積的中空纖維膜的高集成化，因此即使使用小量，也可對(duì)燃料電池充分進(jìn)行加濕，并能夠 使用廉價(jià)材料，對(duì)從燃料電池中以高溫排出的未進(jìn)行反應(yīng)的氣體中所包含的水分和熱進(jìn)行 回收，以通過(guò)加濕器可進(jìn)行再利用。
[0007] 但是，為了增加容量，使用中空纖維膜的加濕膜包括更大數(shù)量的中空纖維膜。在這 種情況下，加濕膜的尺寸不必要地變大，這是由于中空纖維膜的使用效率急劇地減小。也就 是說(shuō)，在中空纖維膜外部流動(dòng)的流體不能滲透增厚的中空纖維膜束，并且因此流體不能均 勻地流動(dòng)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0010] (專(zhuān)利文件001)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2009-0013304號(hào)（公開(kāi)日：2009. 02. 05)
[0011] (專(zhuān)利文件002)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2009-0057773號(hào)（公開(kāi)日：2009. 06. 08)
[0012] (專(zhuān)利文件003)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2009-0128005號(hào)（公開(kāi)日：2009. 12. 15)
[0013] (專(zhuān)利文件004)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2010-0108092號(hào)（公開(kāi)日：2010. 10. 06)
[0014] (專(zhuān)利文件005)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2010-0131631號(hào)（公開(kāi)日：2010. 12. 16)
[0015] (專(zhuān)利文件006)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0001022號(hào)（公開(kāi)日：2011. 01. 06)
[0016] (專(zhuān)利文件007)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0006122號(hào)（公開(kāi)日：2011.01.20)
[0017] (專(zhuān)利文件008)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0006128號(hào)（公開(kāi)日：2011.01.20)
[0018] (專(zhuān)利文件009)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0021217號(hào)（公開(kāi)日：2011. 03. 04)
[0019] (專(zhuān)利文件010)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0026696號(hào)（公開(kāi)日：2011. 03. 16)
[0020] (專(zhuān)利文件011)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第10-2011-0063366號(hào)（公開(kāi)日：2011. 06. 10)
[0021] 在【背景技術(shù)】部分公開(kāi)的上述信息只用于加強(qiáng)對(duì)發(fā)明的【背景技術(shù)】的理解，因此其可 能包括本國(guó)的本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)了解的不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 技術(shù)課題
[0023] 本發(fā)明旨在提供一種中空纖維膜組件，該中空纖維膜組件通過(guò)提高在中空纖維膜 外部流動(dòng)的流體的流動(dòng)均勻性來(lái)最大化流體傳輸效率，以及最小化該中空纖維膜的額外用 量，從而減少該中空纖維膜組件的成本和尺寸。
[0024] 技術(shù)方案
[0025] 本發(fā)明各個(gè)方面的中空纖維膜組件可以包括殼體部和安裝在該殼體部的中空纖 維膜束，該中空纖維膜束具有10~200mm范圍的流體滲透距離。流體滲透距離就是從所述 中空纖維膜束的橫截面的最外側(cè)的中空纖維膜到所述中空纖維膜束的橫截面中心的中空 纖維膜的最短距離。
[0026] 流體滲透距離與所述中空纖維膜束的長(zhǎng)度的比率可以在5%到100%的范圍內(nèi)。
[0027] 所述中空纖維膜束具有寬扁的形狀。
[0028] 所述中空纖維膜束的厚度在20到400mm的范圍內(nèi)。
[0029] 厚度和寬度的比率在10%到100%的范圍內(nèi)。
[0030] 所述中空纖維膜束包括數(shù)量為相對(duì)于中空纖維膜束的總體積的30~60vol%的 多個(gè)中空纖維膜。
[0031] 所述中空纖維膜組件包括所述中空纖維膜束以及用于分開(kāi)所述中空纖維膜束的 屏壁。
[0032] 所述中空纖維膜組件包括多個(gè)所述屏壁，該屏壁被設(shè)置圍繞每個(gè)中空纖維膜束。
[0033] 所述屏壁具有通孔。
[0034] 所述殼體部具有圓形或具有角的橫截面形狀。
[0035] 所述殼體部?jī)啥碎_(kāi)放，并且所述殼體部可以具有注入口和排出口。
[0036] 所述中空纖維膜組件進(jìn)一步包括封裝部，該封裝部將所述中空纖維膜束的端部固 定到所述殼體部并被結(jié)合到所述殼體部的端部，以便氣密地密封所述殼體部。
[0037] 所述中空纖維膜組件進(jìn)一步包括蓋部，所述蓋部與所述殼體部的端部結(jié)合，在所 述蓋部具有氣體進(jìn)出口。
[0038] 所述中空纖維膜組件為選自由氣體分離組件、熱交換組件、加濕組件和水處理組 件構(gòu)成的組中的任意一個(gè)。
[0039] 發(fā)明的效果
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，中空纖維膜組件通過(guò)提高中空纖維膜外部流動(dòng)的流體 的流動(dòng)均勻性，能夠最大化流動(dòng)傳輸效率。此外，中空纖維膜組件能夠最小化中空纖維膜的 額外用量，并且因此能夠減少中空纖維膜組件的成本和尺寸。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 結(jié)合附圖，通過(guò)下述詳細(xì)的描述，能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、 特征以及其他優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0042] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一例示性實(shí)施例的中空纖維膜組件的立體圖；
[0043] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二例示性實(shí)施例的中空纖維膜組件的立體圖；
[0044] 圖3為圖1沿著線A-A'的截面圖；
[0045] 圖4為傳統(tǒng)的中空纖維膜組件的截面圖；
[0046] 圖5為圖1沿著線B-B'的截面圖；
[0047] 圖6為圖2沿著線B-B '的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下文將對(duì)本發(fā)明的例示性實(shí)