KR100485619B1 - 중공사막 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

중공사막 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공사막 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 중공사막의 강도를 최대화시킴과 아울러 그 제조장치 및 제조방법을 간소화시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 중공사막 제조장치는, 상단부에 형성된 내부코팅액유입구(11)와, 하부에 원주 방향으로 형성된 복수개의 내부코팅액토출공(13)을 구비한 중공관(10)과;
상기 중공관(10)이 통과하도록 중앙 부분에 상하 관통 형성됨과 아울러 상기 중공관(10)의 상기 내부코팅액토출공(13)이 형성된 부분이 위치되는 삽입부(41)와, 내부에 상기 삽입부(41)와 연통되도록 형성된 공간부(43)와, 외면에 상기 공간부(43)가 외부와 연통되도록 형성된 외부코팅액유입구(45)를 갖는 방사구금부(40)와;
상기 중공관(10)의 상부 외주를 둘러싸도록 설치되며, 상면에 고형원사(31)가 감겨진 직조콘(30)이 적어도 3개 이상 방사 방향으로 위치되어 상기 중공관(10)의 외면을 감싸도록 보강용 지지체(S)를 직조한 다음, 이 보강용 지지체(S)를 상기 중공관(10)의 외면을 따라 방사구금부(40)의 삽입부(41)내로 유입되도록 이동시키는 직조기(21)가 설치된 직조부(20)로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 중공사막 제조방법은 직조공정, 내부코팅공정, 외부코팅공정, 방사공정의 4 가지 공정이 하나의 연속공정으로 통합되어 보강용 지지체를 가진 중공사막이 제조되는 것이다.

Description

중공사막 제조장치 및 제조방법{Hollow Fiber Membrane Module Manufacture Device and Manufacture Method}
본 발명은 중공사막 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이 중공사막은 동일한 부피의 다른 막에 비해 막 표면적이 크고, 모듈화하기 쉬운 장점 때문에 최근 한외여과막을 중심으로 그 응용이 활발히 진행되고 있으며, 최근에는 하수 종말처리, 정화조에서 고액분리, 산업폐수에서의 부유물질 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과 및 수영장물의 여과에 주로 사용되고 있다.
여기서, 중공사막을 구성하는 재질로는 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리아크릴계 수지 및 폴리올레핀계 수지 등이 널리 사용되고 있다.
그러나, 이러한 재질로 제조되는 중공사막은 강도가 약하다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 미국특허 5,472,607에서는 중공사막에 선택투과막을 얇게 코팅하는 방법이 사용되었다.
그러나, 상기한 방법은 중공사막에 선택투과막이 얇게 코팅되어 있기 때문에 충격에 의해 코팅이 부분적으로 벗겨지게되는 문제점이 있다.
따라서, 코팅이 벗겨진 상기 중공사막은 여과기능이 떨어질 수 있는 단점이 있다.
여기서, 상기 중공사막 제조방법은 직조, 방사, 코팅이 각기 다른 공정으로 분리되어 이루어진다.
따라서 상기 중공사막 제조방법은 제조공정이 복잡해질 뿐만 아니라 제조시간이 길어져 생산성이 떨어지게되는 문제점이 있다.
또한, 중공사막 제조장치은 제조공간이 커질 뿐만 아니라 고가라는 문제점이 있다.
따라서, 상기 중공사막 제조장치 및 제조방법은 관리 인력이 증가되고 중공사막 제조원가가 상승하게되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 중공사막의 강도를 최대화시킴과 아울러 그 제조장치 및 제조방법을 간소화시킬 수 있도록 한 중공사막 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중공사막 제조장치는, 상단부에 형성된 내부코팅액유입구와, 하부에 원주 방향으로 형성된 복수개의 내부코팅액토출공을 구비한 중공관과; 상기 중공관이 통과하도록 중앙 부분에 상하 관통 형성됨과 아울러 상기 중공관의 상기 내부코팅액토출공이 형성된 부분이 위치되는 삽입부와, 내부에 상기 삽입부와 연통되도록 형성된 공간부와, 외면에 상기 공간부가 외부와 연통되도록 형성된 외부코팅액유입구를 갖는 방사구금부와; 상기 중공관의 상부 외주를 둘러싸도록 설치되며, 상면에 고형원사가 감겨진 직조콘이 적어도 3개 이상 방사 방향으로 위치되어 상기 중공관의 외면을 감싸도록 보강용 지지체를 직조한 다음, 이 보강용 지지체를 상기 중공관의 외면을 따라 방사구금부의 삽입부내로 유입되도록 이동시키는 직조기가 설치된 직조부로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 중공사막 제조방법은 직조공정, 내부코팅공정, 외부코팅공정, 방사공정의 4 가지 공정이 하나의 연속공정으로 통합되어 보강용 지지체를 가진 중공사막이 제조되는 것이다.
본 발명의 중공사막의 제조장치는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 수직으로 형성된 중공관(10) 상부에 직조부(20)가 위치되고, 상기 직조부(20)에 직조기(21)가 설치되며, 상기 직조기(21) 상면에 적어도 3개 이상 방사 방향으로 직조콘(30)이 설치되고, 상기 직조콘(30)은 고형원사(31)가 감겨지게 되며, 상기 직조부(20)와 대향되게 상기 중공관(10) 하부에 방사구금부(40)가 설치되는 것이다.
먼저, 상기 중공관(10)은 상부 일단에 내부코팅액유입구(11)이 형성되고, 상기 내부코팅액유입구(11)와 대응됨과 아울러 상기 중공관(10) 하부에 원주방향으로 복수개의 내부코팅액토출공(13)이 형성된다.
그리고, 상기 직조기(21)는 상기 직조부(20) 상면에 팔자형으로 직조레일(22)이 형성되고, 상기 직조레일(22)에 따라 상기 직조콘(30)이 이동 가능하게 상기 직조부(20) 내부에 이송수단(미도시)이 설치된다.
상기 이송수단은 각 상기 직조콘(30) 중심에 관통 연결되는 복수개의 직조축(미도시)과, 상기 직조축 일단에 형성됨과 아울러 상기 직조부(20) 내부에 설치되는 복수개의 기어(미도시)와, 상기 기어가 회전되게 설치되는 엑추에이터(미도시)로 이루어지는 것이다.
그리고, 상기 방사구금부(40)는 상기 중공관(10)이 관통되게 삽입부(41)가 형성되고, 상기 삽입부(41)와 연통됨과 아울러 상기 방사구금부(40) 내부에 공간부(43)가 형성되며, 상기 공간부(43)와 연통됨과 아울러 상기 방사구금부(40) 외부에 외부코팅액유입구(45)이 형성된다.여기서, 상기 삽입부(41)는 방사구금부(40)의 중앙에 상하로 관통 형성되며, 이 삽입부(41)내에는 상기 중공관(10)이 통과하여 중공관(10)의 상기 내부코팅액토출공(13)이 형성된 부분이 위치된다.그리고, 상기 방사구금부(40)의 내부에는 상기 삽입부(41)와 연통되도록 형성성된 공간부(43)가 구비되고, 외면에는 상기 공간부(43)가 외부와 연통되도록 형성된 외부코팅액유입구(45)가 구비된다.한편, 상기 직조부(20)는 상기 중공관(10)의 상부 외주를 둘러싸도록 설치되며, 상면에 고형원사(31)가 감겨진 직조콘(30)이 적어도 3개 이상 방사 방향으로 위치되어 상기 중공관(10)의 외면을 감싸도록 보강용 지지체(S)를 직조한 후, 이 보강용 지지체(S)를 상기 중공관(10)의 외면을 따라 방사구금부(40)의 삽입부(41)내로 유입되도록 이동시키는 직조기(21)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 상태에서, 작업자는 작동스위치(미도시)를 누른다.
그리고, 상기 작동스위치에 의해 제어부(미도시)의 제어신호(미도시)가 발생되며, 상기 제어신호는 엑추에이터를 가동시킴으로써 상기 직조부(20) 내부에 설치된 기어가 회전된다.
그리고, 상기 기어가 회전됨으로서 상기 기어와 직조축에 의해 연결된 직조콘(30)이 상기 직조레일(22)을 따라 이송된다.
즉, 복수개의 상기 직조콘(30)이 이송되면, 상기 직조콘(30)에 감겨진 상기 고형원사(31)가 상기 중공관(10) 상부에서 느슨하게 감기게 되듯 격자무늬 원통형으로 직조되어 상기 보강지지체(S)가 이루어지게 된다.
그리고, 직조된 상기 보강지지체(S)가 상기 중공관(10)에 의해 안내되어 상기 방사구금부(40)의 삽입부(41) 내부로 이동된다.
한편, 상기 중공관(10)의 내부코팅액유입구(11) 및 상기 방사구금부(40)의 외부코팅액유입구(45)에 코팅액(Dope)을 유입시킨다.
그리고, 상기 외부코팅액유입구(45)에 유입된 외부 코팅액이 상기 공간부(43)를 따라 유동되어 상기 삽입부(41)으로 토출된다.
따라서, 외부 코팅액이 상기 보강지지체(S) 외부 표면에 코팅된 후, 상기 보강지지체(S) 외부의 격자무늬 공극을 통해 상기 보강지지체(S) 내부까지 흡수된다.
이때, 상기 내부코팅액유입구(11)에 유입된 코팅액이 상기 중공관(10) 내부를 따라 유동되어 상기 내부코팅액토출공(13)으로 토출된다.
따라서, 내부 코팅액이 상기 내부코팅액토출공(13)을 지나면서 상기 보강지지체(S) 내부가 완전히 코팅된다.
즉, 상기 방사구금부(40) 내부로 이동된 상기 보강지지체(S)는 상기 코팅액에 의해 내부코팅과 외부코팅이 동시에 이루어진다.
여기서, 상기 보강지지체(S)가 중력과 외부 코팅액의 투출압력에 의해 상기 방사구금부(40) 하단으로 이동된다.
그리고, 코팅된 상기 보강지지체(S)가 상기 방사구금부(40) 하단 외부로 방사되고, 상기 방사구금부(40)와 일정거리를 두고 있는 외부응고액(W)에 유입되면서 응고가 이루어지게 된다.
여기서, 직조 속도 및 방사 속도는 3 ~ 180m/min이고, 방사 속도에 따라 직조 속도는 조절이 가능하게 된다.
따라서, 내ㆍ외부 코팅액이 보강지지체(S)의 내ㆍ외부에 거의 동시에 고착되어 막의 강도가 높아질 뿐만아니라 상기 막 내부와 외주의 코팅층이 각각 분리여과층 역활을 하여 하나의 막을 형성하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 중공사막 제조방법은 직조공정, 내부코팅공정, 외부코팅공정, 방사공정의 4 가지 공정이 하나의 연속공정으로 통합되어 보강용 지지체를 가진 중공사막이 제조되는 것이다.
먼저, 상기 직조공정은 중공관(10) 외면에 보강용 지지체를 바로 직조하는 것과 동시에 방사구금부(40) 로 연속적으로 유입시키는 것이다.
그리고, 상기 내부코팅공정 및 상기 외부코팅공정은 방사구름부(40) 내부에 유입된 보강용 지지체를 내ㆍ외부 동시에 코팅하는 것이다.
또한, 상기 방사공정은 내ㆍ외부 코팅된 보강용 지지체를 연속적으로 방사하는 것과 동시에 외부응고액(W)에 유입하면서 응고가 이루어지게 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 중공사막 제조장치 및 중공사막 제조방법으로 제조된 중공사막은 도 4에 도시한 바와 같이, 내주면 주변에 포어(P)층이 형성되는 내부여과층(I)과, 상기 내부여과층(I)에 대항되게 외주면 주변에 포어(P')층이 형성되는 외부여과층(O)과, 상기 내부여과층(I)과 상기 외부여과층(O) 사이에 형성되는 보강지지체(S)로 구성된다.
먼저, 중공사막(H)은 스트로우(Straw)와 같이 중간에 구멍이 있고 표면에는 미세한 포어(P, P')가 형성된다.
여기서, 분리여과층(IO) 전체의 두께는 상기 중공사막(H)의 내표면과 외표면 사이의 거리로서 1 ~ 500㎛이나, 바람직하게는 10 ~ 100㎛이다.
그리고, 상기 내부여과층(I)은 상기 중공사막(H) 내주면 주변에 방사방향으로 복수개의 포어(P)가 형성되어 이루어진다.
여기서, 상기 포어(P)의 직경(D)은 0.001 ~ 1㎛이고, 상기 포어(P)의 길이(L)은 0.1 ~ 500㎛이다.
또한, 상기 외부여과층(O)은 상기 중공사막(H) 외주면 주변에 방사방향으로 복수개의 포어(P')가 형성되어 이루어진다.
여기서, 상기 외부여과층(O)의 두께는 0.1 ~ 20㎛이나, 바람직하게는 0.5 ~ 10㎛이다.
아울러, 상기 포어(P')의 직경(D')은 0.001 ~ 1㎛이고, 상기 포어(P')의 길이(L')은 1 ~ 500㎛이다.
그리고, 상기 보강지지체(S)은 상기 분리여과층(IO) 내부 중앙부위에 위치함과 아울러 상기 내부여과층(I)과 상기 외부여과층(O) 사이에 고르게 고착되어 형성된다.
여기서, 상기 보강지지체(S)가 상기 내부여과층(I)과 상기 외부여과층(O)으로 고착되는 비율은 2 ~ 100%이고, 바람직하게는 10 ~ 95%이다.
아울러, 상기 보강지지체(S)은 도면상에 도시된 바와 같이 일례로 원 형상으로 함이 바람직하나, 반드시 원으로 한정되지 않는다.
여기서, 상기 보강지지체(S)의 재질로서는 Nylon계, 올레핀계, PET계 등이 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 중공사막은 내부여과층과 외부여과층 및 보강지지체로 구성된 것으로서, 상기 내부여과층과 외부여과층 사이에 보강지지체가 고르게 고착되어 중공사막의 강도가 향상됨과 아울러 중공사막의 수명이 연장되는 이점이 있다.
그리고, 상기 중공사막은 상기 보강지지체의 내ㆍ외부에 내ㆍ외부 코팅이 거의 동시에 응고되면서 내부여과층과 외부여과층으로 형성하게 됨으로써, 2중 여과의 이점을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 외부 코딩이 손상되어 외부여과층이 벗겨지게 되어도 내부 코팅에 의한 내부여과층을 통해 여과기능이 계속 유지될 수 있는 이점이 있다.
또한, 이상과 같이 본 발명의 보강용 지지체를 가진 중공사막의 제조방법은 직조공정, 내부코팅공정, 외부코팅공정, 방사공정의 4 가지 공정이 하나의 연속공정으로 통합됨으로서, 제조공간이 축소됨과 아울러 관리 인력 감소로 인한 원가 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 중공사막 제조장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 중공관의 개략도,
도 3은 본 발명의 직조부의 평면도,
도 4는 본 발명의 중공사막의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>
10: 중공관 11: 내부코팅액유입구
13: 내부코팅액토출공 20: 직조부
21: 직조기 30: 직조콘
31: 고형원사 40: 방사구금부
41: 삽입부 43: 공간부
45: 외부코팅액유입구 W : 외부응고액
H : 중공사막 P,P': 포어
L,L': 길이 D,D': 직경
I : 내부여과층 O : 외부여과층
IO: 분리여과층 S : 보강지지체

Claims (7)

  1. 상단부에 형성된 내부코팅액유입구(11)와, 하부에 원주 방향으로 형성된 복수개의 내부코팅액토출공(13)을 구비한 중공관(10)과;
    상기 중공관(10)이 통과하도록 중앙 부분에 상하 관통 형성됨과 아울러 상기 중공관(10)의 상기 내부코팅액토출공(13)이 형성된 부분이 위치되는 삽입부(41)와, 내부에 상기 삽입부(41)와 연통되도록 형성된 공간부(43)와, 외면에 상기 공간부(43)가 외부와 연통되도록 형성된 외부코팅액유입구(45)를 갖는 방사구금부(40)와;
    상기 중공관(10)의 상부 외주를 둘러싸도록 설치되며, 상면에 고형원사(31)가 감겨진 직조콘(30)이 적어도 3개 이상 방사 방향으로 위치되어 상기 중공관(10)의 외면을 감싸도록 보강용 지지체(S)를 직조한 다음, 이 보강용 지지체(S)를 상기 중공관(10)의 외면을 따라 방사구금부(40)의 삽입부(41)내로 유입되도록 이동시키는 직조기(21)가 설치된 직조부(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 중공사막 제조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 직조공정, 내부코팅공정, 외부코팅공정, 방사공정의 4 가지 공정이 하나의 연속공정으로 통합되어 보강용 지지체를 가진 중공사막이 제조되는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 직조공정은 중공관(10) 외면에 보강용 지지체를 바로 직조하는 것과 동시에 방사구금부(40)로 연속적으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부코팅공정 및 상기 외부코팅공정은 방사구름부(40) 내부에 유입된 보강용 지지체를 내,외부 동시에 코팅하는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 방사공정은 내,외부 코팅된 보강용 지지체를 연속적으로 방사하는 것과 동시에 외부응고액(W)으로 유도하는 것을 특징으로 하는 중공사막 제조방법.
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