KR101282060B1 - 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치 - Google Patents

Abstract

중공사막 모듈을 구비한 분리막 모듈 내의 유체 흐름을 분산시켜 중공사막의 단사를 방지할 수 있는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 복수 개의 중공사막이 형성된 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치에 있어서, 몸체 파이프의 상,하부 근처에 각각 배치되어, 배수구측이 있는 측면에 물출입구를 구비한 원통형상의 모듈 헤더, 및 상기 모듈 헤더의 내부에 원통 형상으로 배치되어, 상기 물출입구와 상기 몸체 파이프의 내부에 위치한 중공사막 다발 사이에서 흐르는 유체 압력과 유속을 균일하게 하도록 상기 원통형의 표면을 따라 크기가 다르게 형성된 복수 개의 정류 슬롯 구멍을 구비한 정류통을 포함하는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치가 제공된다.
이에, 본 발명은 종공사막의 단사를 미연에 방지하여 중공사막 모듈의 수리 및 교체 주기를 증가시켜 시간과 교체 비용을 절감하는 효과를 실현한다.

Description

가압식 중공사막 모듈용 분리 장치{MEMBRANE APPARATUS FOR PRESSURE-TYPE HOLLOWFIBER MODULE}

본 발명은 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중공사막 모듈을 구비한 분리막 모듈 내의 유체 흐름을 분산시켜 중공사막의 단사를 방지할 수 있는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치에 관한 것이다.

가압식 중공사막용 분리 모듈을 이용한 수처리 분야는 최근 들어 기술의 진보와 함께 가격 하락을 통해 정수뿐만 아니라 제약, 반도체 제조 분야, 하수재 등, 수처리 전반에서 그 수요가 증가하고 있다.

케이스없이 반응조에 직접 침투시켜 투과수를 생산하는 침지형 분리 모듈은 저압으로 운전이 가능한 장점이 있고, 고탁도의 원수에 사용이 가능하여 하폐수 처리 뿐만 아니라 정수 처리에 사용되고 있지만, 막오염이 발생할 경우, 일정 압력 이상에서 운전이 불가능하기 때문에 생산성이 문제화되고 있다.

그러나, 막 오염이 발생한 경우에는 고압에서도 운전이 가능한 가압식 중공사막 모듈용 분리 모듈은 요구 수량을 만족시키기에 유리하기 때문에 정수 및 하수재, 산업 용수 등 다방면으로 폭넓게 사용되었다.

일반적으로, 가압식 중공사막용 분리 모듈의 경우, 침지식 막모듈에 비해 높은 압력에서 운전되고 가압식 분리 모듈의 특성상 케이스의 원수 유입을 통해 높은 압력과 유속으로 유체가 유입되어 중공사막에 많은 힘을 가하게 된다. 이로 인해, 중공사막이 쉽게 단사되었다.

위와 같은 단사를 방지하고자 유입된 물을 중공사막으로 직접 공급하지 않고 중공사막 다발의 외주를 둘러쌓고 있는 정류통의 정류 구멍을 통하여 공급하게 된다. 이러한 예를 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1은 종래에 따른 중공사막 모듈에 구비된 정류통(10)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 정류통(10)을 펼친 상태로 나타낸 전개도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 정류통(10)은 유입구(미도시)에서 유입된 유체의 압력으로부터 중공사막 다발의 단사를 방지하고자 유체의 압력을 분배시키도록 다수의 정류 구멍(11, 12)을 구비하고 있다. 그러나, 정류통(10)에 형성된 정류 구멍(11) 간의 간격이 50 내지 125％ 내에서 동일한 간격으로 구비되고 있어, 배수구측의 정류 구멍(11)에는 유체가 유입되면서 높은 압력이 가해져 유속이 증대되는 원인을 제공하였고, 배수구측과 반대편에 있는 정류 구멍(12)에는 정류통(10)의 좁은 간격을 통과하면서 압력 손실이 발생하게 되어 상대적으로 유속을 감소시키는 원인을 제공하였다.

이와 같이, 종래의 정류통(10) 구조는 배수구측에 높은 유속을 발생시키는 형태로 되어 있어 배수구측에 있는 중공사막(미도시)을 단사시키는 원인을 제공하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정류통의 구조를 최적화 하여 종공사막 모듈에 유출입되는 유체의 압력과 유속을 일정하게 분배하여 중공사막의 단사를 방지하는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치를 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 중공사막이 형성된 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치에 있어서, 몸체 파이프의 상,하부 근처에 각각 배치되어, 배수구측이 있는 측면에 물출입구를 구비한 원통형상의 모듈 헤더, 및 상기 모듈 헤더의 내부에 원통 형상으로 배치되어, 상기 물출입구와 상기 몸체 파이프의 내부에 위치한 중공사막 다발 사이에서 흐르는 유체 압력과 유속을 균일하게 하도록 상기 원통형의 표면을 따라 크기가 다르게 형성된 복수 개의 정류 슬롯 구멍을 구비한 정류통을 포함하는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치가 제공된다.

본 실시예에 따른 복수 개의 정류 슬롯 구멍은, 상기 배수구측의 양측으로부터 멀어질수록 증가하여 상기 배수구측과 마주하게 되면 가장 큰 크기로 형성되는 구조를 이룰 수 있다.

또한, 본 실시예에에 따른 정류 슬롯 구멍은, 가로 길이가 1 내지 50mm의 범위내에 있고, 세로 길이가 동일하며, 각 사이의 간격을 상기 배수구측을 중심으로 양측에서 동일하게 배치될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 정류 슬롯 구멍은 제1 정류 슬롯 구멍과 제2 정류 슬롯 구멍을 포함한다고 가정하면 상기 배수측과 마주하는 상기 제1 정류 슬롯 구멍의 가로 길이가 500％로 정해질 경우, 상기 제1 정류 슬롯 구멍으로부터 상기 배수측으로 향할 수록 상기 제2 정류 슬롯 구멍들의 가로 길이가 100％씩 감소하는 크기를 갖도록 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 물출입구는, 상기 정류통 중 하부 정류통의 내부로 원수를 유입하는 원수 유입구를 지칭하거나, 원수를 유입하여 상기 중공사막에서 처리된 농축수를 상기 정류통중 상부 정류통을 경유하여 배출하는 농축수 배출구를 지칭할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치는 원수를 유입하여 상기 중공사막에서 처리된 생산수를 배출하도록 상기 몸체 파이프의 상,하단에 배치된 생산수 배출구를 더 포함하는 구조를 이룰 수 있다.

본 발명에 의하면, 정류통에 배치된 정류 슬롯 구멍의 크기, 간격을 최적화하여, 물출입구와 중공사막 다발 사이에 있는 유체의 압력과 유속을 균등화하여 종공사막의 단사를 미연에 방지하고, 이로써 중공사막 모듈의 수리 및 교체 주기를 증가시켜 시간과 교체 비용을 절감하는 효과를 달성하게 된다.

도 1은 종래에 따른 중공사막 모듈에 구비된 정류통(10)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 도 1에 도시한 정류통(10)을 펼친 상태로 나타낸 전개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 형상의 정류통(130, 140)과 모듈 헤드(110, 120)의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 정류통(130, 140)을 펼친 상태를 나타낸 전개도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 슬롯 구멍(131, 141)의 크기를 예시적으로 설명하기 위한 전개도이다.
도 7 및 도 8은 종래 및 본 발명에 따라 제작된 정류통에서의 유체 흐름에 의한 압력 분포를 나타낸 도면으로서, 도 7은 종래의 압력 분포를 나타내고 도 8은 본 발명의 압력 분포를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 형상의 정류통(130, 140)과 모듈 헤드(110, 120)의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치(100)는 가압식 중공사막 모듈을 구비한 분리막 모듈을 최적화한 장치로서, 중공사막과 중공사막 다발을 내부에 구비한 몸체 파이프(101), 상기 몸체 파이프(101)의 상부에 장착되는 모듈 상부 헤드(110), 상기 몸체 파이프(101)의 상단과 결합되어 상기 모듈 상부 헤드(110)와 나란히 형성되는 모듈 상부 캡(102), 상기 몸체 파이프(101)의 하부에 장착되는 모듈 하부 헤드(120), 상기 몸체 파이프(101)의 하단과 결합되어 상기 모듈 하부 헤드(120)와 나란히 형성되는 모듈 하부 캡(103), 상기 모듈 상부 헤드(110)내에 원통 형상으로 배치되는 상부 정류통(130) 및 상기 모듈 하부 헤드(120)내에 원통 형상으로 배치되는 하부 정류통(140)을 포함하는 구조를 이룬다.

본 발명에 따른 모듈 상부 헤드(110)는 중공사막을 통과하지않고 걸러진 농축수를 배출하도록 배수구측이 있는 측면에 농축수 배출구(111)를 구비하며, 모듈 상부 캡(102)은 중공사막을 통과하여 여과된 생산수를 배출하도록 상측에 생산수 배출구(102a)를 구비한다.

반면, 본 발명에 따른 모듈 하부 헤드(120)는 원수를 유입하여 상기 중공사막으로 보낼 수 있도록 배수구측이 있는 측면에 원수 유입구(121)를 구비하며, 모듈 하부 캡(103)은 중공사막을 통과하여 여과된 생산수를 배출하도록 하측에 생산수 배출구(103a)와 공기 주입구(103b)를 구비한다.

특히, 본 발명에 따른 상부 정류통(130)은 모듈 상부 헤드(110)의 내부에 원통 형상으로 배치되어, 상기 원통형의 표면을 따라 크기가 다르게 형성된 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131)을 구비한다. 이러한 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131)은 농축수 배출구(111)와 몸체 파이프(101)의 내부에 위치한 중공사막 다발 사이에서 흐르는 농축수의 유체 압력과 유속을 균일하게 하는 역할을 한다.

이와 마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 정류통(140)은 모듈 하부 헤드(120)의 내부에 원통 형상으로 배치되어, 상기 원통형의 표면을 따라 크기가 다르게 형성된 복수 개의 정류 슬롯 구멍(141)를 구비한다. 이러한 복수 개의 정류 슬롯 구멍(141)도 원수 유입구(121)와 몸체 파이프(101)의 내부에 위치한 중공사막 다발 사이에서 흐르는 원수의 유체 압력과 유속을 균일하게 하는 역할을 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상부 정류통(130)과 하부 정류통(140)이 크기 형태가 다르게 배치된 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)을 각각 구비함으로써, 본 발명에서 목적하는 바인 중공사막의 단사 현상을 방지하게 되는 것이다.

한편, 본 실시예에서는 그 속에 유출입되는 물의 형태만 다를 뿐, 모듈 상부 헤드(110)/모듈 하부 헤드(120), 상부 정류통(130)/하부 정류통(140) 및 농축수 배출구(111)/원수 유입구(121) 간의 관계가 모두 동일한 형태를 이루고 있음을 충분히 알 수 있을 것이다. 따라서, 각각에 대해 편의상 모듈 헤드(110, 120), 정류통(130, 140) 및 물출입구(111, 121)라 지칭한다. 이하에서는, 정류통(130, 140)의 구조를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 정류통(130, 140)을 펼친 상태를 나타낸 전개도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류통(130, 140)은 원통형의 형상의 표면을 따라 형성되되, 배수구측을 중심으로 동일한 간격으로 양측에서 일정하게 배치된 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)을 구비한다.

이때, 배수구측은 앞서 설명된 농축수 배출구(111)와 원수 유입구(121)가 위치하고 있는 부분으로서, 이에 근접할수록 높은 압력과 유속을 가지고 있으며, 배수구측과 멀어질수록 낮은 압력과 유속이 발생되어 중공사막의 단사 형상이 발생되는 곳이다. 다시 말해, 기존에는 원수 유입구와 근접한 중공사막이 유체의 높은 압력 힘을 받게되어 중공사막이 단사됨으로써, 중공사막 모듈의 본래 기능을 수행하지 못하게 되었다.

이와 같은 기존의 단점을 극복하고자, 정류통(130, 140)에 배치된 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)은 배수구측의 양측으로부터 멀어질수록 증가하여 상기 배수구측과 마주하게 되면 가장 큰 크기로 전개되어 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 본 발명의 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)은 배수구측과 가까울수록 양측에서 작은 크기로 형성되고, 서서히 증가하여 상기 배수구측과 마주하게 되면 가장 큰 크기로 형성되는 것이다.

이와 같은 이유로 인하여, 압력 손실이 보상되어 정류통(130, 140)의 모든 위치에서 균등한 유속과 압력을 유지할 수 있게 되는 것이다. 이때의 형상은 직사각형의 구조를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 따른 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)은 유체의 압력과 유속을 더욱 균등하게 분배하기 위하여 직사각형의 형상을 갖되 배수구측을 중심으로 일정한 간격을 유지하며, 직사각형의 가로 길이(d1 ~ d11)를 1 내지 50mm의 범위내로 하고, 세로 길이(l)를 동일한 크기를 가질 수 있다.

그러나, 앞서 설명된 직사각형의 형상, 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)간의 동일한 간격 등, 다양한 관점에서 설명된 내용들에 반드시 한정되지 않으며, 본 발명의 목적하는 바인 유체의 압력과 유속을 균등 분배라는 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변형실시 될 수 있음은 물론일 것이다.

예를 들면, 사각형의 정류 슬롯 구멍(131, 141) 대신에 타원형의 정류 슬롯 구멍을 유지할 수도 있으며, 이에 따른 타원형의 정류 슬롯 구멍 간격을 다르게 유지하고, 크기를 불규칙적으로 다르게 하여 배치될 수도 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 슬롯 구멍(131, 141)의 크기를 예시적으로 설명하기 위한 전개도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 슬롯 구멍(131, 141)은 직사각형 형태의 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a), 제2 정류 슬롯 구멍(131b, 141b), 제3 정류 슬롯 구멍(131c, 141c) 및 제4 정류 슬롯 구멍(131d, 141d)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)은 배수측과 마주하는 정류통(130, 140)에 배치된 정류 구멍으로서, 가로 길이(d12)를 500％로 정해진다고 가정한다.

이럴 경우, 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)으로부터 배수측으로 향할 수록 제2 정류 슬롯 구멍(131b, 141b) 및 제3 정류 슬롯 구멍(131c, 141c)들이 가로 길이(d13, d14)가 각각 100％씩 감소하는 크기를 가질 수 있다.

이 결과로 배수측과 가장 근접하게 정류통(130, 140)에 배치된 제4 정류 슬롯 구멍(131d, 141d)은 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)에 비하여 200％의 가로 크기(d15)를 갖게 된다.

이와 같은 일례를 통하여 확인된 바와 같이, 배수구측과 근접한 제4 정류 슬롯 구멍(131d, 141d)을 가장 작게함으로써, 물출입구(111, 121)와 중공사막 다발(미도시) 사이에서 흐르는 유체 압력과 유속을 낮게 작용하도록 하고, 배수구측과 마주한 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)쪽으로 상대적으로 압력과 유속을 높게 작용하도록 하여 압력과 유속을 보상함으로써, 중공사막에 가해지는 힘을 동일하게 하여 중공사막의 단사를 방지하게 되는 것이다.

도 7 및 도 8은 종래 및 본 발명에 따라 제작된 정류통에서의 유체 흐름에 의한 압력 분포를 나타낸 도면으로서, 도 7은 종래의 압력 분포를 나타내고 도 8은 본 발명의 압력 분포를 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 종래의 정류통(10) 내부에는 정류통 표면을 따라 형성된 동일한 간격과 원형 형태의 정류 구멍(11,12)으로 인하여 배수구측에 가까울수록 유체 흐름에 의한 높은 압력이 작용하고 있으며, 배수구측과 마주하는 반대편일 수록 낮은 압력이 영향을 주고 있음을 알 수 있다.

반면, 본 발명의 정류통(130, 140) 내부에는 도 3 내지 도 6에서 설명된 정류 슬롯 구멍(131, 141)의 형태로 인하여 배수구측과 거리에 상관없이 동일한 크기의 압력이 작용하고 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따라 최적화된 복수 개의 정류 슬롯 구멍을 적용함으로써, 기존에 비하여 중공사막을 구비한 분사막 모듈을 오랜동안 사용하는데 유용할 것이다. 참고로 도 4 및 도 5, 도 6 및 도 8에 설명된 정류 슬롯 구멍(131, 141)의 갯수는 각각 다르게 구성하였음을 밝혀둔다.

이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

100 : 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치 101 : 몸체 파이프
102 : 모듈 상부 캡 103 : 모듈 하부 캡
110 : 모듈 상부 헤드 111 : 농축수 배출구
120 : 모듈 하부 헤드 121 : 원수 유입구
130 : 상부 정류통 140 : 하부 정류통
131, 141 : 정류 슬롯 구멍 102a,103a : 생산수 배출구
103b : 공기 주입구

Claims (9)

1. 복수 개의 중공사막이 형성된 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치에 있어서,
   몸체 파이프(101)의 상,하부 근처에 각각 배치되어, 배수구측이 있는 측면에 물출입구(111, 121)를 구비한 원통형상의 모듈 헤더(110, 120); 및
   상기 모듈 헤더(110, 120)의 내부에 원통 형상으로 배치되어, 상기 물출입구(111, 121)와 상기 몸체 파이프(101)의 내부에 위치한 중공사막 다발 사이에서 흐르는 유체 압력과 유속을 균일하게 하도록 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)을 구비한 정류통(130, 140)을 포함하여 이루어지되,
   상기 복수 개의 정류 슬롯 구멍(131, 141)이 가로 길이가 1 내지 50mm의 범위 내에 있고, 세로 길이는 동일한 직사각형의 형상을 가지고, 상기 정류 슬롯 구멍(131, 141) 간의 간격은 상기 배수구측을 중심으로 양측에서 동일하게 배치되되, 상기 배수구측과 마주하는 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)의 가로 길이가 500％로 정해질 경우, 상기 제1 정류 슬롯 구멍(131a, 141a)으로부터 상기 배수구측으로 향할 수록 제2 정류 슬롯 구멍(131b, 141b)의 가로 길이가 100％씩 감소하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   물출입구(121)가 상기 정류통(130, 140)중 하부 정류통(140)의 내부로 원수를 유입하는 원수 유입구인 것을 특징으로 하는 상기 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   물출입구(111)가 상기 중공사막에서 처리된 농축수를 상기 정류통(130, 140)중 상부 정류통(130)을 경유하여 배출하는 농축수 배출구인 것을 특징으로 하는 상기 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   원수를 유입하여 상기 중공사막에서 처리된 생산수를 배출하도록 상기 몸체 파이프(101)의 상,하단에 배치된 생산수 배출구(102a, 103a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 가압식 중공사막 모듈용 분리 장치.

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