JP7097993B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法及びこれによって製造された中空糸膜モジュール - Google Patents

Description

本発明はオープン型中空糸膜カートリッジを用いた中空糸膜モジュールの製造方法及びこれによって製造された中空糸膜モジュールに関するものである。

燃料電池とは水素と酸素を結合させて電気を生産する発電型電池である。燃料電池は、乾電池や蓄電池などの一般化学電池とは違い、水素と酸素が供給される限り、ずっと電気を生産することができ、熱損失がなくて内燃機関より効率が２倍程度高いという利点がある。

また、水素と酸素の結合によって発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するから、公害物質の排出が少ない。よって、燃料電池は環境に優しいだけでなく、エネルギー消費増加による資源枯渇に対するおそれを減らすことができるという利点を有する。

このような燃料電池は、使われる電解質の種類によって、大きくは、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、及びアルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）などに分類することができる。

これらの燃料電池のそれぞれは根本的に同じ原理によって作動するが、使われる燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。このうち、高分子電解質型燃料電池は、他の燃料電池に比べ、低温で動作するという点、及び出力密度が高くて小型化が可能であるから、小規模据置型発電装備だけではなく輸送システムにおいても最も有望なものであると知られている。

高分子電解質型燃料電池の性能を向上させることにおいて最も重要な要因の一つは、膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）の高分子電解質膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ又はＰｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）に一定量以上の水分を供給することによって含水率を維持するようにすることである。高分子電解質膜が乾燥すれば、発電効率が急激に低下するからである。

高分子電解質膜を加湿する方法としては、１）耐圧容器に水を満たした後、対象気体を拡散器（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）に通過させて水分を供給するバブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）加湿方式、２）燃料電池反応に必要な供給水分量を計算し、ソレノイドバルブを通してガス流動管に直接水分を供給する直接噴射（ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式、及び３）高分子分離膜を用いてガス流動層に水分を供給する加湿膜方式などがある。

これらの中でも、排気ガス中に含まれる水蒸気のみ選択的に透過させる膜を用いて水蒸気を、高分子電解質膜に供給されるガスに提供することによって高分子電解質膜を加湿する加湿膜方式が加湿器を軽量化及び小型化することができるという点で有利である。

加湿膜方式に使われる選択的透過膜は、モジュールを形成する場合、単位体積当たり透過面積の大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を用いて加湿器を製造する場合、接触表面積の広い中空糸膜の高集積化が可能であり、小容量でも燃料電池を十分に加湿することができ、低価素材の使用が可能であり、燃料電池から高温で排出される未反応ガスに含まれた水分及び熱を回収して加湿器を通して再使用することができるという利点を有する。

しかし、中空糸膜を用いた加湿器の場合、その容量を増やすために中空糸膜を多数集積することになる。この際、中空糸膜の外部に流れる気体の流れが高集積した中空糸膜による抵抗によって加湿器の内部全体に均一に形成されることができなくなる。

これを改善するために、中空糸膜モジュールを多数のカートリッジ形態に具現し、これを膜加湿器ハウジング内に装着して均一な気体の流れとなるようにしている。すなわち、中空糸膜束を個々のカートリッジの内部に収容し、多数のカートリッジを膜加湿器ハウジング内に装着することにより、流入した気体がカートリッジの内部を流れるようにして気体の流れが均一になるようにしている。

しかし、従来のカートリッジ方式は次のような製造上の問題点がある。
従来のカートリッジ方式は、上下が開放し、側面が密閉した密閉型カートリッジを使う。よって、カートリッジを立てた状態で乾燥状態の中空糸膜をカートリッジの長手方向に挿入しなければならない。仮に、じめじめした状態の中空糸膜を挿入すれば、挿入途中に曲がることになる。

乾燥した複数の中空糸膜をカートリッジの内部に挿入する過程で既に挿入された中空糸膜と挿入中の中空糸膜との間の摩擦、挿入中に発生する外乱などの多くの原因によって中空糸膜が破損される問題がある。

また、乾燥した状態の中空糸膜をカートリッジ内に破損なしに挿入するために、ちょっとまばらに挿入しなければならないため、中空糸膜のパッキング密度（ＰＤ、Ｐａｃｋｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が低下するという問題がある。
また、中空糸膜をカートリッジ内に破損なしに挿入するために、作業者は愼重を期さなければならなく、よって工程時間及び人力が多く必要となる問題がある。

本発明は前記の問題点を解決するために案出されたもので、カートリッジ内に中空糸膜束を挿入する工程で発生する中空糸膜束の破損、中空糸膜束のパッキング密度の低下を防止することができ、工程時間及び作業人力を低減することができる中空糸膜モジュールの製造方法及びこれによって製造された中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜カートリッジを準備する段階と、前記中空糸膜カートリッジを開放する段階と、前記開放した中空糸膜カートリッジに中空糸膜を配置する段階と、前記中空糸膜が配置された中空糸膜カートリッジを閉鎖する段階とを含む。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記中空糸膜カートリッジは、上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、前記ボディー部をヒンジ型で締結するロッキング部とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側に形成されたロッキングカバーと、前記ボディー部の他側に突設されたロッキング突起とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側全面を開放するロッキングカバーと、前記ボディー部に突設されたロッキング突起とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の一側面から分離されて一方向に開放することができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記中空糸膜カートリッジは、上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、前記ボディー部をスライド型で締結するロッキング部とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側をスライドして開閉するロッキングカバーと、前記ロッキングカバーがスライドすることができるように前記ボディー部の一側に形成されたスライド溝とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ボディー部は上面と下面に分離されて形成され、前記ボディー部の上面と下面の少なくとも一面は他面をスライドして開閉するロッキングカバーであり、他面には前記ロッキングカバーがスライドすることができるように形成されたスライド溝を含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の両側面から分離されて形成され、前記ボディー部の上面の上側はスライドして開閉するロッキングカバーであり、前記ボディー部の下面には前記上面の上側がスライドすることができるように形成されたスライド溝を含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法において、前記メッシュ部は、流体の流れ方向を誘導する複数の節と、前記複数の節によって取り囲まれて形成されるウィンドウとを含み、前記節の角部の曲率は０．７以上であり得る。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールは、第１流体流入口及び第１流体流出口と第２流体流入口及び第２流体流出口を含むハウジング部と、前記ハウジング部の内部に設けられ、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つ以上のオープン型カートリッジとを含む。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記オープン型中空糸膜カートリッジは、上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、前記ボディー部をヒンジ型で締結するロッキング部とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側に形成されたロッキングカバーと、前記ボディー部の他側に突設されたロッキング突起とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側全面を開放するロッキングカバーと、前記ボディー部に突設されたロッキング突起とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の一側面からは分離されて一方向に開放することができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記オープン型中空糸膜カートリッジは、上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、前記ボディー部をスライド型で締結するロッキング部とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ロッキング部は、前記ボディー部の一側をスライドして開閉するロッキングカバーと、前記ロッキングカバーがスライドすることができるように前記ボディー部の一側に形成されたスライド溝とを含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ボディー部は上面と下面に分離されて形成され、前記ボディー部の上面と下面の少なくとも一面は他面をスライドして開閉するロッキングカバーであり、他面には前記ロッキングカバーがスライドすることができるように形成されたスライド溝を含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の両側面から分離されて形成され、前記ボディー部の上面の上側はスライドして開閉するロッキングカバーであり、前記ボディー部の下面には前記上面の上側がスライドすることができるように形成されたスライド溝を含むことができる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールにおいて、前記メッシュ部は、流体の流れ方向を誘導する複数の節と、前記複数の節によって取り囲まれて形成されるウィンドウとを含み、前記節の角部の曲率は０．７以上であい得る。
その他の本発明の多様な側面による具現例の具体的な事項は以下の詳細な説明に含まれている。

本発明の実施形態によれば、カートリッジが開放した状態で中空糸膜を配置するので、以前のように密閉型カートリッジに中空糸膜を挿入するときに発生する中空糸膜の破損を防止することができる。

また、配置中に中空糸膜が破損されるおそれもないので、以前より高密度に中空糸膜をカートリッジに配置することができ、中空糸膜束のパッキング密度（ＰＤ、Ｐａｃｋｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を向上させることができる。

また、開放したカートリッジに中空糸膜を適切に配置するだけで良いので、密閉型カートリッジに挿入する場合よりは作業者の手数を軽減させることができ、それによって工程時間及び人力の消耗を防止することができる。

また、以前の中空糸膜挿入工程は、密閉型カートリッジに中空糸膜を挿入するために必ず乾燥した中空糸膜を使わなければならないが、本発明の場合、中空糸膜を挿入するものではなく、開放した状態のカートリッジに中空糸膜を配置するものなので、乾燥させた状態の中空糸膜はもちろんのこと、乾燥させなかった状態の中空糸膜も配置することができる。

また、従来には中空糸膜の断線を防止するために別途のメッシュ網が必要であったが、本発明のカートリッジはメッシュ部を備えて中空糸膜の断線を防止することができるので、別途のメッシュ網が不要になる。

本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法に使われるオープン型中空糸膜カートリッジの一例を示す斜視図である。 図２のオープン型中空糸膜カートリッジが開放した状態（広がった状態）を示す平面図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 オープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。 図２のＡ－Ａ’線についての断面図であって、メッシュ部を通して流入する流体の流れ方向を示す図である。 本発明の実施例による中空糸膜モジュールを示す分解斜視図である。

本発明は多様な変換を加えることができ、さまざまな実施例を有することができるが、ここでは特定の実施例を例示し、詳細な説明で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物乃至代替物を含むものに理解されなければならない。

本発明で使用した用語はただ特定の実施例を説明するために使用したものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上で明白に他に指示しない限り、複数の表現を含む。本発明で、‘含む’又は‘有する’などの用語は明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せの存在又は付加の可能性を予め排除しないものに理解されなければならない。以下、図面に基づいて本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法及びこれによって製造された中空糸膜モジュールを説明する。

図１は本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法を示すフローチャート、図２は本発明の実施例による中空糸膜モジュールの製造方法に使われるオープン型中空糸膜カートリッジの一例を示す斜視図、図３は図２のオープン型中空糸膜カートリッジが開放した状態（広がった状態）を示す平面図である。図４～図９はオープン型中空糸膜カートリッジの多様な実施例を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施例による中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜カートリッジを準備する段階（Ｓ１００）、中空糸膜カートリッジを開放する段階（Ｓ２００）、開放した中空糸膜カートリッジに中空糸膜を配置する段階（Ｓ３００）、及び中空糸膜が配置された中空糸膜カートリッジを閉鎖する段階（Ｓ４００）を含む。

まず、中空糸膜カートリッジを準備する（Ｓ１００）。
本発明で使われる中空糸膜カートリッジは、図２～図９に示すようなオープン型中空糸膜カートリッジ１００（以下、‘カートリッジ’ともいう）である。前記カートリッジ１００は、上部と下部にそれぞれメッシュ部１３０が形成されたボディー部１１０と、ボディー部１１０を締結するロッキング部１２０とを含む。

図２～図５に示すカートリッジ１００はロッキング部１２０がヒンジ型でボディー部１１０を締結する場合であり、図６～図９に示すカートリッジ１００はボディー部１１０の少なくとも一部が分離されてスライド方式でボディー部１１０を結合して締結するスライド型の場合である。

まず、図２～図５を参照してヒンジ型のロッキング部１２０を備えたカートリッジについて説明する。

図２及び図３を参照すると、ボディー部１１０は両側面がラウンド処理された直方体形状、又は断面円形の円筒形状、断面楕円の楕円筒形状であり得る。これはボディー部１１０の形状の一例であり、これに限定されるものではない。

ボディー部１１０は寸法安全性及び樹脂流れ性がよく、熱変形に強い素材であることが好ましい。このような素材としては、例えばＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）、ナイロンなどがある。ボディー部１１０は、ロッキング部１２０によるロック状態解除の際にカートリッジ１００が広がるようにする折畳部１１１を含む。折畳部１１１はボディー部１１０の内側に形成された溝であり、例えばＶ字形溝、Ｕ字形溝からなることができる。

ボディー部１１０は、カートリッジ１００がハウジング部２００（図１２参照）に挿入されたとき、カートリッジ１００がハウジング部２００から離脱することを防止する離脱防止フック１１２を含む。離脱防止フック１１２は、ボディー部１１０の上面又は下面の少なくとも一面に所定の長さに突出した突起の形態になることができる。

ロッキング部１２０はボディー部１１０の一側面に形成されることができる。ロッキング部１２０は、ボディー部１１０の一側に連結されたロッキングカバー１２１と、ボディー部１１０の他側に突設されたロッキング突起１２２とを含む。これに限定されず、ロッキング部１２０は、ロッキングカバー１２１に形成されたロッキング突起（図示せず）と、ボディー部にロッキング突起が挿入されるロッキング溝（図示せず）とからなることができる。

図４に示すように、ロッキング部１２０はボディー部１１０の一側全面を開放する方式で具現することができる。この場合、ロッキング部１２０は、ボディー部１１０の一側全面を開閉するロッキングカバー１２１と、ボディー部１１０に突設されたロッキング突起１２２とを含む。この場合、ボディー部１１０に折畳部１１１を形成する必要がなくてカートリッジ１００の耐久性を向上させることができる。

図５に示すように、ロッキング部１２０はボディー部１１０の上面一部を一方向に開放する方式で具現することができる。この場合、ボディー部１１０は下面と両側面が一体型に形成され、上面の下側１１３はボディー部１１０の両側面と一体に形成できるが、上面の上側１１４はボディー部１１０の一側面から分離されて一方向に開放するヒンジ型に形成される。すなわち、ボディー部１１０の上面の上側１１４はボディー部１１０の他側面を軸として所定の角度に回転可能に形成される。この場合、ボディー部１１０の上面の上側１１４はロッキングカバーの機能を果たし、ボディー部１１０の上面の上側１１４にはロッキング突起（図示せず）が形成され、これに対応する部分にロッキング溝（図示せず）が形成されることができる。もちろん、ボディー部１１０の上面の上側１１４にロッキング溝が形成され、これに対応する部分にロッキング突起が形成されることもできる。

次に、図６～図９を参照してスライド型のロッキング部１２０を備えたカートリッジについて説明する。図６～図９に示すように、ロッキング部１２０はボディー部１１０の少なくとも一部分をスライドする方式で具現することができる。
図６に示すカートリッジ１００はロッキング部１２０がボディー部１１０の一側でスライドしてボディー部１１０を開閉する。ロッキング部１２０はボディー部１１０の一側面が分離されて形成されることができる。ロッキング部１２０は、ボディー部１１０の一側を上下方向にスライドして開閉するロッキングカバー１２１と、このロッキングカバーがスライドすることができるようにボディー部の一側に形成されたスライド溝１２３とからなることができる。ロッキングカバー１２１は、図示のように、曲面形状に形成されることができるが、これに限定されない。この場合には、ボディー部１１０に折畳部１１１を形成する必要がなくてカートリッジ１００の耐久性を向上させることができる。

図７に示すカートリッジ１００は、ボディー部１１０が上面１１０ａと下面１１０ｂとに分離されて形成される。上面１１０ａと下面１１０ｂの少なくとも一つはロッキングカバーの機能を果たす。例えば、ボディー部の上面１１０ａがロッキングカバーになることができる。この場合、ボディー部の下面１１０ｂにはボディー部の上面１１０ａのスライドすることができるようにするスライド溝１２３が形成されることができる。ここで、ロッキング部１２０は、ボディー部の上面１１０ａと、スライド溝１２３とからなることができる。この場合にも、ボディー部１１０に折畳部１１１を形成する必要がなくてカートリッジ１００の耐久性を向上させることができる。特に、図７のカートリッジ１００はじめじめした状態の中空糸膜をカートリッジ１００に挿入させるときに有用である。

図８に示すカートリッジ１００は、図５と同様に、ロッキング部１２０がボディー部１１０の上面一部を開放する方式で具現される。ボディー部１１０は下面と両側面が一体型に形成され、上面の下側１１３はボディー部１１０の両側面と一体に形成されるが、上面の上側１１４はボディー部１１０の両側面から分離されてスライド方式で開放する。上面の上側１１４はロッキングカバーの機能を果たす。ボディー部の下面１１０ｂの一部には上面の上側１１４がスライドすることができるようにするスライド溝１２３が形成されることができる。ここで、ロッキング部１２０は、ボディー部の上面の上側１１４とスライド溝１２３とから構成されることができる。この場合にも、ボディー部１１０に折畳部１１１を形成する必要がなくてカートリッジ１００の耐久性を向上させることができる。

図７のカートリッジに乾燥状態の中空糸膜を挿入させる場合、下面１１０ｂの高さ以上に挿入させるとき、乾燥状態の中空糸膜を支持する構造物がなくてカートリッジ容量の半分程度にだけ挿入させることになる欠点がある。一方、図８のカートリッジに乾燥状態の中空糸膜を挿入させる場合、下面１１０ｂと一体に形成された上面の下側１１３が乾燥状態の中空糸膜を支持する構造物になり、カートリッジ容量の分だけ乾燥状態の中空糸膜を挿入させることができる。じめじめした状態の中空糸膜は水分によって互いに凝集している状態であるので、図７のカートリッジを使ってもカートリッジ容量の分だけ挿入させることができる。

図９はカートリッジ１００のボディー部１１０が全体的に円筒形状に形成された場合を例示するものであり、図６～図８と同様に、円筒の一部を分離してロッキングカバーとするか、円筒の半分を分離してロッキングカバーとするか、円筒の一部は一体に形成し、残りは分離してロッキングカバーとし、このロッキングカバーに対応する位置にスライド溝を形成することができる。このロッキングカバーとスライド溝はロッキング部を構成することができる。もちろん、これは一例示であるだけ、カートリッジ１００のボディー部１１０の形状がこれに限定されるものではない。

メッシュ部１３０はボディー部１１０の上部と下部にそれぞれ形成される。メッシュ部１３０は、後述する第２流体流入口２３１から流入した第２流体がウィンドウ１３２を通してカートリッジ１００の内部に流入し、カートリッジ１００の内部で第１流体流入口２３１から流入した第１流体と水分を交換するようにする。メッシュ部１３０は、流入した第２流体の一部がカートリッジ１００の内部に配置された中空糸膜に直接衝突することを防止して、中空糸膜が損傷されることを防止することができる。

図１０に示すように、メッシュ部１３０を成すそれぞれの節１３１は流入した第２流体の流れ方向を誘導し、節１３１の直下部に位置する中空糸膜束の損傷を防止することができる。ここで、それぞれの節１３１の角部の曲率Ｒによって中空糸膜束が損傷される程度は互いに異なり、テスト結果として下記の［表１］のような結果を得た。

前記［表１］を参照すると、節１３１の角部の曲率Ｒは０．７以上であることが好ましい。角部の曲率Ｒが０．５以下の場合、中空糸膜束の総数の１％以上の断線が発生して全体的な加湿効率に悪影響を及ぼすことができるが、０．７以上の場合、極めて一部の中空糸膜のみの断線が発生して全体的な加湿効率に及ぶ影響は小さい。

メッシュ部１３０の長さ（Ｌ２＋Ｌ３）はカートリッジの全長Ｌ１の１０～７０％となるようにし、節１３１によって取り囲まれて形成されるウィンドウ１３２の総面積はカートリッジの全体面積の３０～７０％となるようにする。ウィンドウ１３２の総面積が７０％を超えれば、第２流体流入口２３１から流入した第２流体が中空糸膜を通して水分を伝達することができる空間が小さくなって全体的な加湿効率に悪影響を及ぼすことになる。

一方、従来は、中空糸膜の断線を防止するために、別途のメッシュ網が必要であったが、本発明のカートリッジ１００はメッシュ部１３０を備えて中空糸膜の断線を防止することができるので、別途のメッシュ網が不要になる。

ついで、前記のように準備したカートリッジ１００を開放する（Ｓ２００）。
図２～図５に示すようなヒンジ型のロッキング部を備えたカートリッジの場合、ボディー部１１０の側面に形成されたロッキング部１２０を引っ張ってロッキングカバー１２１とロッキング突起１２２の結合状態を解除してボディー部１１０を開放する。

図６～図９に示すようなスライド型のロッキング部を備えたカートリッジの場合、ロッキングカバーを一方向にスライドしてボディー部１１０の側面を開放する。

ついで、中空糸膜カートリッジ１００が開放した状態で、カートリッジ１００の内部に中空糸膜を配置する（Ｓ３００）。ここで、乾燥状態の中空糸膜を配置することもできるが、じめじめした状態の中空糸膜を配置することもできる。

中空糸膜を洗浄した後、これを充分に乾燥し、乾燥状態の中空糸膜をカートリッジ１００に配置する。図３に示す開放状態のボディー部１１０の右側ボディー部（ロッキングカバーが形成された部分）に中空糸膜を配置する。

一方、図４のようにロッキング部１２０がボディー部１１０の一側全面を開放する方式で具現された場合、又は図６とのようにロッキング部１２０がボディー部１１０の一側をスライドする方式で具現された場合、ボディー部１１０の一側全面を開放し、開放したボディー部の一側全面が上方に向かうようにカートリッジ１００を位置させ、中空糸膜Ｈの長手方向が開放したボディー部の一側に平行な状態で挿入（図４の矢印方向）することによりカートリッジ１００の内部に中空糸膜を容易に配置することができる。

一方、図５又は図８のように、ボディー部１１０の上面一部を一方向に開放する方式で具現された場合、ボディー部１１０の上面の上側１１４を開放し、開放した部分に乾燥状態又はじめじめした状態の中空糸膜を配置する。

一方、図７のようにボディー部の上面１１０ａをスライドして開放する場合、ボディー部の上面１１０ａを開放し、開放した部分にじめじめした状態の中空糸膜を配置する。

本発明の多様な実施例によれば、カートリッジが開放した状態で中空糸膜を配置するものであるので、以前のように密閉型カートリッジに中空糸膜を挿入するときに発生する中空糸膜の破損が発生しない。

また、配置中に中空糸膜が破損されるおそれもないので、以前より高密度に中空糸膜をカートリッジに配置することができ、中空糸膜束のパッキング密度（ＰＤ、Ｐａｃｋｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を向上させることができる。

また、開放したカートリッジに中空糸膜を適切に配置するだけで良いので、密閉型カートリッジに挿入する場合よりは作業者の手数を軽減させることができ、よって工程時間及び人力の消耗を防止することができる。

一方、本発明のようにオープン型カートリッジを使う場合、洗浄の後にじめじめした状態の中空糸膜を乾燥させずにカートリッジ１００の内部に配置することができる。すなわち、以前の中空糸膜の挿入工程は、密閉型カートリッジに中空糸膜を挿入するために必ず乾燥した中空糸膜を使わなければならないが、本発明の場合、中空糸膜を挿入するものではなく、開放した状態のカートリッジに中空糸膜を配置するものであるので、乾燥させた状態の中空糸膜はもちろんのこと、乾燥させなかった状態の中空糸膜も配置することができる。

ついで、中空糸膜が配置された中空糸膜カートリッジを閉鎖する（Ｓ４００）。
図２～図５に示すようなヒンジ型のロッキング部を備えたカートリッジの場合、ロッキングカバー１２１とロッキング突起１２２を締結してカートリッジを閉鎖する。

図６～図９に示すようなスライド型のロッキング部を備えたカートリッジの場合、ロッキングカバー１２１を他方向にスライドしてボディー部１１０を閉鎖する。

カートリッジを閉鎖した後、中空糸膜の端部を結束してポッティングを行う。ポッティング過程によって中空糸膜間の空隙を埋める。

一方、ポッティング過程は、前記のようにカートリッジを閉鎖した後に行うことができるが、カートリッジに中空糸膜を配置する段階（Ｓ３００）でも行うことができる。すなわち、多数の中空糸膜で中空糸膜束を形成し、中空糸膜束の端部を結束してポッティングを行った後、カートリッジの内部にポッティングされた中空糸膜束を配置することもできる。

前記のような過程でオープン型中空糸膜カートリッジの内部に中空糸膜を配置してから閉鎖することでカートリッジ１００を製造する。カートリッジ１００を少なくとも一つ以上製造した後、図１１に示すようなハウジング部２００内に配置する。

次に、図１１を参照して本発明の実施例による中空糸膜モジュールを説明する。本発明の実施例による中空糸膜モジュールは、ハウジング部２００内に少なくとも一つ以上のカートリッジ１００が配置され、中空糸膜はカートリッジ内に収容される。ここで、前記カートリッジ１００は前述した方法で製造され、上部と下部にそれぞれメッシュ部１３０が形成されたボディー部１１０とボディー部１１０をロッキングするロッキング部１２０とを含む。

図１１に示すように、本発明の実施例による中空糸膜モジュールは、ハウジング部２００、及びハウジング部２００の内部に設けられ、多数の中空糸膜を収容する少なくとも一つ以上のカートリッジ１００を含む。

ハウジング部２００は中空糸膜モジュールの外形を成す。ハウジング部２００はハウジング胴体２１０とハウジングキャップ２２０とを含むことができ、これらが結合された一体型であり得る。ハウジング胴体２１０とハウジングキャップ２２０は、ＰＰ５（ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ５）、ＰＰＳ（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）、ＰＡ６（ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ６）、ＰＡ６６（ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ６６）、ＰＰＡ（ＰｏｌｙＰｈｔｈａｌＡｍｉｄｅ）、ポリカーボネートなどの硬質プラスチック又は金属からなることができる。

また、ハウジング胴体２１０とハウジングキャップ２２０は、幅方向の断面形状が多角形又は円形であり得る。前記多角形は、方形、正方形、台形、平行四辺形、五角形、六角形などであり得、前記多角形は、角部がラウンド状になった形態であり得る。また、前記円形は楕円形であり得る。

ハウジング胴体２１０の両端にはそれぞれ第２流体が供給される第２流体流入口２３１と第２流体が排出される第２流体流出口２３２とが形成されている。

ハウジング部２００の内部には、水分を選択的に通過させる複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つ以上のカートリッジ１００が配置される。ここで、前記中空糸膜の素材は公知のものであるので、この明細書で詳細な説明は省略する。
カートリッジ１００の両端部には、中空糸膜を結束しながら中空糸膜間の空隙を埋めるポッティング部（図示せず）が形成される。したがって、カートリッジ１００の両端部がポッティング部で塞がり、その内部には第２流体が通過する流路が形成される。ポッティング部の素材は公知のものであるので、この明細書で詳細な説明は省略する。

一方、ハウジングキャップ２２０はハウジング胴体２１０の両端にそれぞれ結合される。それぞれのハウジングキャップ２２０には第１流体流入口２２１及び第１流体流出口２２２が形成されている。一方のハウジングキャップ２２０の第１流体流入口２２１に流入した第１流体はカートリッジの内部に流入して中空糸膜の内部管路を通過し、カートリッジの外部に流出した後、他方のハウジングキャップ２２０の第１流体流出口２２２を通して排出される。

ハウジング部２００内には、カートリッジ１００が装着できる少なくとも一つ以上の挿入口２４０が形成され、それぞれの挿入口２４０にはカートリッジ１００が挿入される。この際、カートリッジ１００に形成された離脱防止フック１１２の突出した突起が挿入口２４０の端部から突出することによりカートリッジ１００の装着が完了し、離脱防止フック１１２の突出した突起によって逆方向への引出が防止されるので、挿入口２４０に装着されたカートリッジ１００が逆方向に離脱することを防止することができる。

修理、洗浄の理由でカートリッジ１００を挿入口２４０から引き出そうとする場合、強い力で突出した突起を押した状態でカートリッジ１００を挿入方向の反対方向に押して引き出すことができる。

次に、前記のように構成される中空糸膜モジュールにおいて第１流体及び第２流体の水分交換過程について説明する。以下の説明で、第１流体は低湿の流体、第２流体は高湿の流体であり得る。もしくは、第２流体が低湿の流体、第１流体が高湿の流体でもあり得る。

第１流体は一方のハウジングキャップ２２０の第１流体流入口２２１を通してハウジング部２００及びカートリッジ１００内に供給され、中空糸膜の内部に流れ、他方のハウジングキャップ２２０の第１流体流出口２２２を通して中空糸膜モジュールの外部に排出される。一方、第１流体は第１流体流出口２２２に流入して第１流体流入口２２１から排出されるように流れることも可能である。

第２流体は、ハウジング胴体２１０の第２流体流入口２３１を通して前記ハウジング胴体２１０に供給された後、カートリッジ１００のメッシュ部１３０ａを通して中空糸膜の外部に流れ、カートリッジ１００のメッシュ部１３０ｂを通してハウジング胴体２１０に排出された後、ハウジング胴体２１０の第２流体流出口２３２を通して外部に排出される。

一方、第２流体は第２流体流出口２３２に流入して第２流体流入口２３１から排出されるように流れることも可能である。すなわち、前記第１流体と第２流体は互いに反対方向に流れることもでき、同じ方向に流れることもできる。
第１流体と第２流体はそれぞれ中空糸膜の内部と外部で流れながら中空糸膜を通して水分などの物質又は熱などを交換する。

以上では本発明の実施例について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範疇内で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などによって本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲に含まれると言える。

１００ 中空糸膜カートリッジ
１１０ ボディー部
１２０ ロッキング部
１３０ メッシュ部
２００ ハウジング部
２１０ ハウジング胴体
２２０ ハウジングキャップ
２４０ 挿入口

Claims (10)

1. 中空糸膜カートリッジを準備する段階と、
   前記中空糸膜カートリッジを開放する段階と、
   前記開放した中空糸膜カートリッジに中空糸膜を配置する段階と、
   前記中空糸膜が配置された中空糸膜カートリッジを閉鎖する段階と、
   を含み、
   前記中空糸膜カートリッジは、
   上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、
   前記ボディー部をスライド型で締結するロッキング部と、
   を含む、燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記ロッキング部は、
   前記ボディー部の一側をスライドして開閉するロッキングカバーと、
   前記ロッキングカバーがスライドすることができるように前記ボディー部の一側に形成されたスライド溝と、
   を含む、請求項１に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記ボディー部は上面と下面に分離されて形成され、
   前記ボディー部の上面と下面の少なくとも一面は他面をスライドして開閉するロッキングカバーであり、他面には前記ロッキングカバーがスライドすることができるように形成されたスライド溝を含む、請求項１に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の両側面から分離されて形成され、
   前記ボディー部の上面の上側はスライドして開閉するロッキングカバーであり、前記ボディー部の下面には前記上面の上側がスライドすることができるように形成されたスライド溝を含む、請求項１に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 前記メッシュ部は、
   流体の流れ方向を誘導する複数の節と、
   前記複数の節によって取り囲まれて形成されるウィンドウと、
   を含み、
   前記節の角部の曲率は０．７以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 第１流体流入口及び第１流体流出口と第２流体流入口及び第２流体流出口を含むハウジング部と、
   前記ハウジング部の内部に設けられ、複数の中空糸膜を収容する少なくとも一つ以上のオープン型カートリッジと、
   を含み、
   前記オープン型カートリッジは、
   上部と下部にそれぞれメッシュ部が形成されたボディー部と、
   前記ボディー部をスライド型で締結するロッキング部と、
   を含む、燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュール。
7. 前記ロッキング部は、
   前記ボディー部の一側をスライドして開閉するロッキングカバーと、
   前記ロッキングカバーがスライドすることができるように前記ボディー部の一側に形成されたスライド溝と、
   を含む、請求項６に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュール。
8. 前記ボディー部は上面と下面に分離されて形成され、
   前記ボディー部の上面と下面の少なくとも一面は他面をスライドして開閉するロッキングカバーであり、他面には前記ロッキングカバーがスライドすることができるように形成されたスライド溝を含む、請求項６に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュール。
9. 前記ボディー部の下面と前記ボディー部の両側面と前記ボディー部の上面の下側とは一体型に形成され、前記ボディー部の上面の上側は前記ボディー部の両側面から分離されて形成され、
   前記ボディー部の上面の上側はスライドして開閉するロッキングカバーであり、前記ボディー部の下面には前記上面の上側がスライドすることができるように形成されたスライド溝を含む、請求項６に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュール。
10. 前記メッシュ部は、
    流体の流れ方向を誘導する複数の節と、
    前記複数の節によって取り囲まれて形成されるウィンドウとを含み、
    前記節の角部の曲率は０．７以上である、請求項６～９のいずれか一項に記載の燃料電池の膜加湿器用中空糸膜モジュール。

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