KR101363888B1 - 와권형 막 증류용 모듈 - Google Patents

와권형 막 증류용 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101363888B1
KR101363888B1 KR1020120010908A KR20120010908A KR101363888B1 KR 101363888 B1 KR101363888 B1 KR 101363888B1 KR 1020120010908 A KR1020120010908 A KR 1020120010908A KR 20120010908 A KR20120010908 A KR 20120010908A KR 101363888 B1 KR101363888 B1 KR 101363888B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
module
flow path
membrane distillation
heating element
Prior art date
Application number
KR1020120010908A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130089495A (ko
Inventor
정성필
이석헌
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020120010908A priority Critical patent/KR101363888B1/ko
Publication of KR20130089495A publication Critical patent/KR20130089495A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101363888B1 publication Critical patent/KR101363888B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/101—Spiral winding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107—Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213—Laminated layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1216—Three or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/021—Carbon
    • B01D71/0212—Carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/261—Polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/262—Polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/36—Polytetrafluoroethene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/10—Temperature control
    • B01D2311/103—Heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/22—Cooling or heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/04—Characteristic thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/38—Hydrophobic membranes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 막 증류용 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 중심관 및 상기 중심관의 외주면을 따라 와권형으로 감겨진 막 리프(membrane leaf)를 포함하여 이루어진 막 증류용 모듈에 있어서, 상기 막 리프는 처리수 유로재, 분리막, 유입수 유로재 및 발열체로 적층되어 이루어진 와권형 막 증류용 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 각각의 층(layer)을 형성하는 막 리프가 발열체를 포함하고 있어, 유입되는 유입 원수를 모듈 내에서 직접적으로 가열하므로써 열손실을 방지할 수 있으며, 열 에너지 낭비를 최소화할 수 있다. 또한, 한정된 정수 공간에서 발열체의 열 공급을 효율적으로 할 수 있고, 또한 한정된 공간에서 가능한 한 넓은 분리막 표면적을 확보할 수 있어, 동일한 정수 공간에서 최대한 많은 양의 원수를 효율적으로 정수할 수 있다.

Description

와권형 막 증류용 모듈{Spiral Type Membrane Distillation Module}
본 발명은 열 에너지 손실을 최소화하고, 공간 활용성이 높은 막 증류용 분리막 모듈에 관한 것이다.
막 증류법(Membrane Distillation)은 소수성 고분자 분리막의 표면에서 상변화가 일어나고, 분리막의 표면 미세기공을 통해 증기가 투과하여 응축, 분리되는 공정으로서, 비휘발성 물질이나 휘발성이 상대적으로 낮은 물질을 분리 제거하는 탈염 공정에 이용되거나, 수용액 중에 휘발성이 높은 유기물을 분리하는데도 이용할 수 있다.
막 증류에 대한 개념이 1940년에 제안된 이래, 현재에 이르기까지 막 증류에 대한 연구는 주로 미국, 유럽, 일본, 호주 중심으로 진행되어 왔다. 최근에 막 증류 분리 공정을 종래의 증발 또는 역삼투압막을 이용한 분리공정과 대체하려는 움직임이 활발하다.
현재, 순수제조나 담수화 공정으로 사용되고 있는 증발법과 역삼투압법은 에너지가 많이 소요되는데, 특히 역삼투압법은 오염과 파울링의 문제로 인하여 사용 전에, 여러 단계의 전처리 과정을 거치므로 운전 관리상의 어려움뿐만 아니라, 높은 압력에서 운전되므로 펌프동력원인 전기에너지가 많이 사용되어 관리비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
반면에, 막 증류(membrane distillation)는 다공성 막을 사용하면서 한외여과법과 역삼투압법에 비해 낮은 압력에서 운전되며 증기압 분압차에 의해 분리가 이루어진다. 또한, 상기 막 증류 분리법을 이용하면, 염과 같은 비휘발성 물질을 분리ㆍ제거하는데 있어서 전통적인 증류법이 가지는 비말 동반이 없고 높은 압력으로 운전되는 여과기 또는 분리막을 사용하지 않아도 된다.
이러한 막 증류 분리공정의 장점으로 인하여, 막 증류법을 이용한 담수화(탈염화) 처리공정은 저비용의 유틸리티와 분리장치의 내구성이 우수하므로 전 세계적으로 음용수 생산에 있어 경쟁력있는 방법 중의 하나로 부상하고 있다.
막 증류법은 소수성 고분자 분리막을 이용하는데, 용매나 용질(친수성 물질)의 표면장력이 분리막 표면보다 커서 액체 상태로는 막 기공(membrane pore)을 통과하지 못하고, 상기 분리막 표면에서 반발되며, 분리막의 표면 기공입구에서 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과되어 최종적으로 투과측에서 응축, 분리되는 것이다.
이러한 막 증류법은 유입용액이 분리막을 통과하는 유입수측과 분리대상 물질이 응축 및 분리되는 처리수측으로 구성된 분리막 모듈을 통해 수행된다.
하지만, 막 증류법은 상기와 같은 장점에도 불구하고, 유입수측과 처리수측 사이의 증기압차를 유발하기 위하여 열 에너지를 필연적으로 사용할 수 밖에 없기 때문에, 전체 운전 비용 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 열 에너지의 확보이며, 이로 인한 에너지 비용 부담으로 인해 다른 수처리 방법에 비해 비용적으로 불리한 점이 있어 왔다.
또한, 막 증류 공정에서는 유입수와 처리수의 온도차를 일정하게 유지시켜 지속적으로 증기압차를 유지시키는 것이 중요하며, 따라서 막증류용 분리막 모듈 내부에 온도를 효과적으로 전달하는 것이 막 증류 공정의 수처리 성능에 큰 영향을 미친다.
따라서, 막 증류 공정에서 열 에너지의 손실을 최소화하여 에너지 비용을 절감할 수 있고, 분리막 모듈 내부에 열에너지가 효과적으로 전달되어 수처리 성능을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
일본 공개 특허 제2010-075808호
본 발명은 막 증류 모듈에 유입되는 유입 원수가 모듈 외부에서 가열되어, 상기 가열된 유입 원수가 모듈 외부에서 모듈로 이송되는 과정에서 열손실이 발생하는 것을 방지하여 열 에너지 비용을 절감하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 한정된 정수 공간에서 최대한 많은 양의 원수를 효율적으로 정수할 수 있는 공간 활용성이 높은 막 증류용 모듈을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 막 증류용 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 중심관 및 상기 중심관의 외주면을 따라 와권형으로 감겨진 막 리프(membrane leaf)를 포함하여 이루어진 막 증류용 모듈에 있어서, 상기 막 리프는 처리수 유로재, 분리막, 유입수 유로재 및 발열체로 적층되어 이루어진 와권형 막 증류용 모듈에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 중심관은 와권형 막 증류용 모듈의 중심에 위치하여 정수된 물이 집수되는 곳으로서, 본 발명의 처리수 유로재를 통해 정수된 물(처리수)이 상기 중심관의 내부로 집수되기 위해서는 상기 중심관의 일 영역에 상기 막 리프의 구성 중 처리수 유로재의 일 측 끝단으로 흘러들어 오는 처리수를 중심관 내부로 통과시키기 위한 관통부를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 중심관 외주면의 일 영역에 형성되는 관통부는 처리수가 통과할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 가능하며, 예를 들면 상기 처리수 유로재의 끝단이 직접적으로 관통하여 결합될 수 있는 관통홈 형태이거나, 처리수 유로재의 끝단이 중심관의 외주면 중 일부를 덮었을 때 처리수 유로재의 처리수가 중심관의 내부로 흘러들어갈 수 있도록 하는 한 개 또는 복수의 관통공 등일 수 있다.
상기 중심관의 재질은 수지, 금속 등 어떠한 것도 가능하며, 예를 들면 노릴(PPO) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지등의 플라스틱 재질이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 막 리프(membrane leaf)는 처리수 유로재, 분리막, 유입수 유로재 및 발열체로 적층되어 이루어진 것으로, 상기 막 리프는 중심관의 외주면의 일 영역에 결합되어 외주면을 따라 감겨져 원통형 권회체를 형성한다. 상기 막 리프가 중심관의 외주면을 따라 감기는 횟수는 특별히 정해진 것은 없으며, 1회 또는 2회 이상 감겨도 무방하다.
상기 막 리프의 구성을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
여기서, 상기 막 리프 중 감겼을 때 중심관의 외주면을 향하는 면을 상층부로 정의 한다.
본 발명의 막 리프의 상층부는 유입수 유로재가 위치하고, 그 아래층에는 분리막이 위치하며, 그 아래층에는 처리수 유로재가 적층되어 있고, 그 아래층에는 다시 분리막이 위치하며, 그 아래층에는 다시 유입수 유로재가 위치하고, 가장 하층부에는 발열체가 위치한다.
상기 유입수 유로재는 외부로부터 모듈 내로 유입되는 원수의 유로를 확보하는 기능을 하는 것으로, 상기 유입수 유로재로는 종래의 와권형 막 모듈에 사용되는 공지의 유입수 유로재라면 어떠한 것도 가능하다. 예를 들면, 네트(net), 메시(mesh), 직물, 부직포, 요홈 시트, 파형 시트, 스폰지 등 물의 흡수성이 좋고, 원수의 유로로서의 기능을 할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 가능하다. 또한, 상기 유입수 유로재의 재질로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 에폭시, 우레탄 등의 수지 외에, 천연고분자, 고무 등 어떠한 것이라도 가능하다. 상기 유입수 유로재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 본 발명이 목적으로 하는 효과를 달성하기 위해서는 0.01mm 내지 5mm 인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.01mm 내지 2mm인 것일 수 있다.
유입수 유로재의 끝단은 유입된 원수가 처리수 유로재로 유출되어 오염되는 것을 방지하기 위하여 밀봉되어 있는 것이 바람직할 수 있다. 상기 유입수 유로재의 끝단을 밀봉하는 수단은 유입수 유로재로부터 원수가 유출되는 것을 차단할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 가능하며, 예를 들면 밀봉용 캡을 유입수 유로재의 끝단에 씌워 밀봉하거나, 유입수 유로재의 끝단을 우레탄 접착제 또는 에폭시 접착제를 이용하여 봉합함으로써 밀봉할 수도 있다.
본 발명에 따른 막 리프에 있어서, 상기 분리막은 소수성 고분자 분리막인 것이 바람직하다. 상기 분리막으로 소수성 고분자 분리막을 이용하는 이유는 용매나 용질(친수성 물질)의 표면장력이 분리막 표면보다 커서 액체 상태로는 막 기공(membrane pore)을 통과하지 못하고, 상기 분리막 표면에서 반발되며, 분리막의 표면 기공입구에서 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과되어 최종적으로 처리수 유로재에서 응축, 분리되도록 하기 위함이다.
상기 소수성 고분자 분리막은 수처리 막으로서 소수성을 가지는 고분자라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에테르이미드(Polyether lmide, PEI), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리아마이드(Polyamide, PA) 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 분리막은 활성층(active layer)과 지지층(support layer)으로 이루어질 수 있다. 상기 활성층은 증기화된 순수만 통과시키는 기능을 하고, 상기 지지층은 활성층을 지지하여 분리막의 내구성을 향상 시키는 기능을 한다. 이때, 지지층은 분리막의 지지를 위한 것이므로, 증기의 플럭스에 영향을 최소화 하기 위하여 pore 크기를 활성층의 pore 크기에 비해 훨씬 크도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 활성층으로 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘플루오르(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 탄소나노튜브 등을 사용할 수 있고, 지지층으로 예를 들면, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘플루오르(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 탄소나노튜브 등을 사용할 수 있다.
상기 처리수 유로재는 상기 분리막을 통과한 증기 상태의 순수가 응축되고, 응축되어 액상으로 전환된 순수가 상기 중심관으로 흘러 들어가도록 유로를 확보하는 기능을 한다. 따라서, 상기 처리수 유로재는 처리수인 순수가 중심관의 내부로 흘러 들어갈 수 있도록 하기 위하여 일 측 끝단이 상기 중심관의 일영역과 결합되는 것이 바람직하다. 처리수 유로재의 일 측 끝단과 중심관의 일 영역을 결합하는 방법은 특별히 정해진 것은 아니며, 처리수 유로재를 통해 흐르는 처리수가 중심관의 내부로 유입될 수 있는 결합 형태라면 어떠한 형태라도 가능하다. 예를들면, 상기 처리수 유로재는 일 측 끝단이 중심관의 일 영역에 형성되어 있는 관통부를 통하여 중심관의 내부로 연결되도록 결합되거나, 처리수 유로재의 끝단으로 상기 중심관에 형성된 관통부를 덮으면서 중심관의 외주면에 부착시킬 수도 있다. 상기 처리수 유로재로는 종래의 와권형 막 모듈에 사용되는 공지의 처리수 유로재라면 어떠한 것도 가능하다. 예를 들면, 네트(net), 메시(mesh), 직물, 부직포, 요홈 시트, 파형 시트, 스폰지 등 물의 흡수성이 좋고, 물의 유로로서의 기능을 할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 가능하다. 또한, 상기 처리수 유로재의 재질로는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 에폭시, 우레탄 등의 수지 외에, 천연고분자, 고무 등 어떠한 것이라도 가능하다.
상기 처리수 유로재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 본 발명이 목적으로 하는 효과를 달성하기 위해서는 0.01mm 내지 5mm 인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.01mm 내지 2mm인 것일 수 있다.
본 발명의 막 리프에서, 상기 발열체는 막 리프 중 가장 하층부에 위치하며, 발열체에서 발생되는 열은 밀착되어 있는 유입수 유로재의 내부의 원수로 직접적으로 전달된다. 즉, 기존의 막 증류(membrane distillation) 기술의 경우, 외부에서 이미 가열된 원수를 분리막 모듈로 유입하는 과정에서 열 손실(heat loss)이 발생하여 에너지 효율이 저하된 반면에, 본 발명의 경우 원수를 외부에서 미리 가열하지 않고, 분리막 모듈 장치 내의 유입수 유로재에 밀착된 발열체에 의해 직접적으로 원수에 열을 전달하여 외부로 손실 되는 열을 최소화할 수 있다. 특히, 상기와 같이 막 리프의 가장 하층부에 위치한 발열체는 막 리프가 상기 중심관을 중심으로 수 회 감기면서 권회체를 형성함에 따라, 상기 발열체의 또 다른 면은 바로 다음 회차 막 리프의 상층부에 위치한 유입수 유로재와 밀착되게 되므로, 막 리프가 2회 이상 감겨진 와권형 막 증류 모듈일 경우, 상기 발열체는 다음 회차의 유입수 유로재에도 열을 전달할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 와권형 막 모듈은 하나의 발열체의 양면에 밀착된 2개의 유입수 유로재의 원수를 처리할 수 있어, 한정된 정수 공간에서 보다 더 효율적으로 많은 양의 순수를 얻을 수 있다.
상기 발열체는 특별히 정해진 것은 아니며, 외부로부터 전기를 공급하였을 때 높은 고유 저항 값을 가지고 있어 열을 발생시킬수 있고, 동시에 유연성이 우수하여 스파이럴 형으로 휘어질 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 예를 들면, 유연성이 있는 면상발열체, 유연성이 있는 선상 발열체 등이 있다. 상기 유연성이 있는 면상발열체의 예로는 폴리에틸렌필름(PET지)에 카본잉크를 인쇄 및 전사한 필름형 면상발열체, 카본잉크를 부직포의 면 전체에 도포한 페이퍼형 면상발열체, 탄소 섬유를 이용하여 직조한 직조형 면상발열체, 그물망 형태의 섬유원단에 카본 용액을 코팅한 메쉬형 면상발열체 등이 있고, 상기 유연성이 있는 선상발열체의 예로는 니크롬선, 탄소섬유 발열체 등이 있다.
본 발명에 따른 와권형 막 증류용 모듈에 의하면, 각각의 층(layer)을 형성하는 막 리프가 발열체를 포함하고 있어, 막 증류용 모듈의 외부에서 별도로 유입 원수를 가열할 필요가 없으며, 유입되는 유입 원수를 모듈 내에서 직접적으로 가열함으로써 종래와 같이 외부에서 가열된 원수를 모듈내로 이송하는 과정에서 필연적으로 발생하는 열손실을 방지할 수 있으며, 따라서 열 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 증류용 모듈은 와권형으로 되어 있어, 한정된 정수 공간에서 발열체의 열 공급을 효율적으로 할 수 있고, 또한 한정된 공간에서 가능한 한 넓은 분리막 표면적을 확보할 수 있어, 동일한 정수 공간에서 최대한 많은 양의 원수를 효율적으로 정수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막 리프의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈의 형성 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈과 원수 용기가 결합된 예를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 하지만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈의 사시도를 나타낸 것으로, 도 1에 의하면, 본 발명의 와권형 막 증류용 모듈(100)은 가운데에 중심관(110)이 위치하고, 중심관(110)을 중심으로 막 리프(120)가 감겨져 권회체를 형성한다. 상기 중심관(110)의 일 영역에는 다수의 관통공(111)이 형성되어 있는 것이 특징이다. 상기 막 리프(120)에서 처리되어 흘러나오는 순수는 상기 관통공(111)을 통해 중심관(110)의 내부로 유입되게 된다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막 리프의 구조를 나타낸 것으로, 도 2에 의하면 본 발명에 따른 막 리프(120)는 유입수 유로재(121), 소수성 분리막(122), 처리수 유로재(123) 및 면상발열체(124)로 구성되어 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 막 리프(120)는 유입수 유로재(121) 및 소수성 분리막(122)을 절반으로 접어서 각각 두 개의 층을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 유입수 유로재(121)의 양 끝단에는 밀봉캡(125)을 씌워 유입수 유로재(121) 내의 원수가 처리수 유로재(123)로 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 처리수 유로재(123)는 한 쪽 끝단을 돌출되도록 하여, 중심관(110)의 일 영역에 형성되어 있는 관통공(111)을 덮으면서 부착할 수 있도록 한다. 이로써, 상기 소수성 분리막(122)을 통해 수득된 처리수 유로재(123) 내의 순수를 상기 처리수 유로재(123)의 돌출된 부분을 통해 상기 중심관(110)의 관통공(111)으로 유입되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈의 형성 과정을 나타낸 것이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈(100)은 중심관(110)을 중심으로, 중심관(110)의 일 영역에 형성되어 있는 관통공(111)을 막 리프(120)에서 돌출된 처리수 유로재(123)의 끝단으로 덮은 다음, 상기 막 리프(120)를 계속적으로 감아서 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와권형 막 증류용 모듈과 원수 공급 용기가 결합된 예를 나타낸 것이다. 도 4에 의하면, 본 발명의 와권형 막 증류용 모듈과 결합되는 원수 공급 용기(200)는 중앙에 본 발명의 중심관(110)과 연결되는 연결관(210)이 형성되어 있고, 상기 원수 공급 용기(200)의 일영역에는 본 발명의 막 리프(120)의 유입수 유로재(121)로 원수(300)를 공급할 수 있는 원수 공급관(220)이 형성되어 있다. 상기 원수 공급 용기(200)는 본 발명의 와권형 막 증류용 모듈(100)에 돌출되도록 형성되어 있는 중심관(110)이 원수 공급 용기(200)의 연결관(210)에 삽입되고, 상기 원수 공급 용기(200)의 원수 공급관(220)이 본 발명의 막 리프(120)의 끝단에 위치한 유입수 유로재(121)에 삽입됨으로써 본 발명의 와권형 막 증류용 모듈(100)과 결합될 수 있다. 상부에 위치한 원수 공급 용기(200)에 채워진 원수(300)는 하부에 위치한 와권형 막 증류용 모듈(100)에서 정수되어 중심관(110)을 통해 빠져나간 순수의 양 만큼 중력에 의해 원수 공급관(220)을 통해 하부에 위치한 와권형 막 증류용 모듈(100)의 유입수 유로재(121)로 공급된다. 따라서, 이러한 구조에서는 원수를 공급함에 있어 별도의 펌프가 필요하지 않아, 그 만큼 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기 유입수 유로재(121) 내의 원수는 외부의 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 면상발열체(124)로부터 열을 공급받아 온도가 상승하게되어 처리수 유로재(123) 내의 처리수 보다 상대적으로 높은 온도를 형성하게 되고, 유입수 유로재(121)내의 원수 중 증기화된 순수는 유입수 유로재(121)와 처리수 유로재(123)의 증기압차에 의해 소수성 분리막(122)을 통과하여 상대적으로 낮은 처리수 유로재(123)에서 응축되게 된다. 상기 처리수 유로재(123)에 집수된 순수는 처리수 유로재(123)의 끝단의 돌출부와 중심관(110)의 관통공(111)을 통해 중심관(110)으로 유입되고, 중심관(110)에 유입된 순수는 이미 중심관(110)을 통과하여 순환하고 있는 차가운 순수(400)에 합류하여 모듈 외부로 배출된다. 배출된 순수(400) 중 일부는 사용자가 이용하고, 나머지 순수는 다시 냉각시켜 순환시킨다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 와권형 막 증류용 모듈 110 : 중심관
111 : 관통공 120 : 막 리프
121 : 유입수 유로재 122 : 소수성 분리막
123 : 처리수 유로재 124 : 면상발열체
125 : 밀봉캡 200 : 원수 공급 용기
210 : 연결관 220 : 원수 공급관

Claims (20)

  1. 중심관; 및
    상기 중심관의 외주면을 따라 와권형으로 감겨진 막 리프(membrane leaf)를 포함하여 이루어진 막 증류용 모듈에 있어서,
    상기 막 리프는 처리수 유로재, 분리막, 유입수 유로재 및 발열체로 적층되어 이루어지고,
    상기 유입수 유로재는 끝단이 밀봉되어 있는 와권형 막 증류용 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중심관은 일 영역에 관통부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 관통부는 관통홈 또는 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 막 리프는 중심관의 외주면을 따라 1회 또는 2회 이상 감겨진 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유입수 유로재는 네트(net), 메시(mesh), 직물, 부직포, 요홈 시트, 파형 시트 및 스폰지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유입수 유로재의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 천연고분자 및 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유입수 유로재의 두께는 0.01mm 내지 5mm 인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 소수성 고분자 분리막인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 소수성 고분자 분리막은 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에테르이미드(Polyether lmide, PEI), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 및 폴리아마이드(Polyamide, PA)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 활성층(active layer)과 지지층(support layer)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 활성층은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘플루오르(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 지지층은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘플루오르(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 처리수 유로재는 일 측의 끝단이 중심관의 일 영역과 결합되는 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  15. 제 1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 처리수 유로재는 네트(net), 메시(mesh), 직물, 부직포, 요홈 시트, 파형 시트 및 스폰지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  16. 제 1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 처리수 유로재의 재질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 천연고분자 및 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  17. 제 1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 처리수 유로재의 두께는 0.01mm 내지 5mm 인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는 유연성이 있는 면상발열체 또는 유연성이 있는 선상 발열체인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 유연성이 있는 면상발열체는 필름형 면상발열체, 페이퍼형 면상발열체, 직조형 면상발열체 및 메쉬형 면상발열체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 유연성이 있는 선상발열체는 니크롬선 또는 탄소섬유 발열체인 것을 특징으로 하는 와권형 막 증류용 모듈.
KR1020120010908A 2012-02-02 2012-02-02 와권형 막 증류용 모듈 KR101363888B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120010908A KR101363888B1 (ko) 2012-02-02 2012-02-02 와권형 막 증류용 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120010908A KR101363888B1 (ko) 2012-02-02 2012-02-02 와권형 막 증류용 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130089495A KR20130089495A (ko) 2013-08-12
KR101363888B1 true KR101363888B1 (ko) 2014-02-19

Family

ID=49215383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120010908A KR101363888B1 (ko) 2012-02-02 2012-02-02 와권형 막 증류용 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101363888B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019131917A1 (ja) * 2017-12-28 2019-07-04 北川工業株式会社 水処理用流路材

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3878054A (en) 1964-12-09 1975-04-15 Pactide Corp Distillation apparatus and process
US20080308496A1 (en) * 2006-02-01 2008-12-18 Intelligent Energy, Inc. Integrated heated prevaporation module
KR20090094080A (ko) * 2006-10-31 2009-09-03 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 액체 정화를 위한 멤브레인 증류 방법
US20110198287A1 (en) 2010-02-18 2011-08-18 Siemens Aktiengesellschaft Spiral Wound Hollow Fiber Membrane Module for Membrane Distillation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3878054A (en) 1964-12-09 1975-04-15 Pactide Corp Distillation apparatus and process
US20080308496A1 (en) * 2006-02-01 2008-12-18 Intelligent Energy, Inc. Integrated heated prevaporation module
KR20090094080A (ko) * 2006-10-31 2009-09-03 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 액체 정화를 위한 멤브레인 증류 방법
US20110198287A1 (en) 2010-02-18 2011-08-18 Siemens Aktiengesellschaft Spiral Wound Hollow Fiber Membrane Module for Membrane Distillation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130089495A (ko) 2013-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101936159B1 (ko) 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템 및 그 방법
KR101407403B1 (ko) 막 증류용 분리막 모듈 장치
EP2680955B1 (en) A heat exchange system
KR20110002036A (ko) 정삼투용 나선형 권취 막 모듈
US20150218018A1 (en) Wastewater treatment module using membrane distillation and wastewater treatment apparatus including the same
KR20150131053A (ko) 막 모듈
KR101605535B1 (ko) 응축장치가 결합된 막 증류 수처리 장치
KR101564758B1 (ko) 막 증류용 분리막 모듈 장치
KR100956765B1 (ko) 막 증류용 분리막 모듈 장치 및 그를 이용한 고효율의 막증류 분리공정
KR101626210B1 (ko) 담수 및 에너지 생산 장치
KR101363888B1 (ko) 와권형 막 증류용 모듈
KR101519478B1 (ko) 진공관과 냉각채널이 결합된 막 증류 수처리 장치
WO2013022591A1 (en) Spiral wound membrane distillation module and membrane distillation method
US9480950B2 (en) Separation membrane for membrane distillation
KR101605536B1 (ko) 진공관과 방열핀이 결합된 막 증류 수처리 장치
KR101837554B1 (ko) 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템
WO2018139333A1 (ja) 熱交換器および人工肺
Huang et al. A review of membrane distillation enhancement via thermal management and molecular transport through nanomaterial-based membranes
KR101679768B1 (ko) 막증류에 의한 담수 제조장치
US20170239626A1 (en) Permeation side flow path material for spiral membrane element and method for manufacturing same
JP5925626B2 (ja) スパイラル型正浸透膜エレメント及び正浸透膜モジュール
KR20160074200A (ko) 막 증류용 분리막 모듈 장치
KR20160133253A (ko) 배플을 포함하는 막증류용 분리막 모듈
KR101576804B1 (ko) 다중 냉각수유로가 구비된 중공사막 모듈 그리고 이를 이용한 막증류 장치 및 방법
JP6633300B2 (ja) 分離膜ユニット及び分離膜エレメント

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170803

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee