KR101414944B1

KR101414944B1 - 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조

Info

Publication number: KR101414944B1
Application number: KR1020130008014A
Authority: KR
Inventors: 이정재; 임성한
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-07-04

Abstract

본 발명은 다수개의 중공사막 다발이 원통형의 하우징에 수납되는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 다수개의 중공사막 다발이 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되며, 스페이서 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되고 다른 말단의 스페이서는 일정각도 회전하여 중공사막 다발이 원통형 하우징 내에서 나선형으로 배치됨으로써 중공사막의 집적도를 향상시켜 단위 모듈 당 처리량을 증대시킬 수 있는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 관한 것이다.

Description

중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조{STRUCTURE OF HOLLOW FIBER MEMBRANE BUNDLE ARRANGEMENT IN HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE}

본 발명은 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 중공사막 다발이 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되며, 스페이서 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되고 다른 말단의 스페이서는 일정각도 회전하여 중공사막 다발이 원통형 하우징 내에서 나선형으로 배치됨으로써 집적도를 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 관한 것이다.

일반적으로, 상수의 정화, 하배수의 정화, 및 공업 용수의 정화 등의 물을 정화하는 수처리 방법은 생화학적 처리와 막 정제 처리를 이용하여 정화 작업을 수행하고 있다. 최근에는 대규모의 장치가 필요하고, 여과 성능이 저하되면서 시간이 오래 걸리는 생화학 처리에 비하여 분리 성능이 우수하고, 콤팩트한 장치 구성으로 대량 또는 연속적으로 처리가 가능하며, 여러 가지 용도로 사용될 수 있음에 따라 막 정제 처리가 주로 사용되고 있다.

막 정제 처리에 사용되는 막은 일정한 크기의 모듈 형태로 제조되어 수처리 공정에 적용되고 있다. 통상의 막 모듈에는, 정밀 여과 모듈이나 한외 여과 모듈, 역 침투 모듈 등이 있고, 분리 대상 물질에 맞추어 적절하게 선정되어 사용되고 있다. 예를 들어, 정밀 여과 모듈은 10 ㎛ 이하, 특히 1 ㎛ 이하의 미립자나 미생물을 효율적으로 제거할 수 있어, 상수나 하배수의 정화에 많이 이용되고 있다.

정밀 여과 모듈은 막 면적을 늘리면서 취급을 용이하게 하기 위해, 중공사막을 원통형이나 스크린 형상으로 배치한 중공사막 모듈이나 평막을 플리츠 형상으로 접고, 원통형으로 배치한 플리츠형 막 모듈이나, 평막을 스크린 형상으로 배치한 평형막 모듈로서 이용되고 있다. 그 중에서도, 중공사막 모듈은 단위 용적당 막 면적을 크게 할 수 있어 바람직하게 이용되고 있다. 이러한 종래 기술의 중공사막 모듈은 원통형의 하우징 내부에 중공사막을 고정 배열하여 하우징 내부에 공급된 오염수를 중공사막을 거쳐서 여과한 상태로 외부 배출하도록 구성되어 있다. 중공사막 모듈을 이용하여 여과를 행하면, 막의 미세 구멍에 의해 수중의 현탁 물질이나 세균류 등이 제거되어 청정한 여과수를 얻을 수 있다.

원통형 중공사막 모듈의 막면적은 다음과 같이 계산할 수 있다.

막면적 = π x D x L x n

여기에서 π는 원주율이고, D는 중공사막 외경이며, L은 중공사막 길이이고 n은 중공사막의 가닥수이다.

도 1은 이러한 종래기술에 의한 중공사막 모듈의 일 예를 도시한다. 도 1을 참조하면, 종래의 중공사막 모듈은 원통형 하우징(1)의 내부에 다수개의 중공사막 다발(3)이 수납되어 이루어진다. 여기에서, 원수 공급구(5)를 통하여 공급된 원수는 다수개의 중공사막 다발(3)을 거치면서 여과된 후 중공사막의 중공부를 통하여 여과수 배출구(8)로 배출되게 된다.

그러나 이러한 기존 원통형의 중공사막 모듈의 경우, 원통형의 하우징 안에 중공사 다발을 길이방향 직선상으로 배열하고 양 말단을 고정하여 제작함으로써 집적도 향상에는 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 중공사막 모듈에 있어서 중공사막의 집적도를 향상시킬 수 있는 중공사막 다발의 배치구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 다수개의 중공사막 다발이 원통형의 하우징에 수납되는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 다수개의 중공사막 다발이 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 상기 스페이서는 직사각형 형태의 2~32개의 플레이트들이 동축선 상에서 방사상으로 결합되어 원통형 하우징의 단면을 방사상으로 분할하는 형태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되고 다른 말단의 스페이서는 일정각도 회전하여, 중공사막 다발이 원통형 하우징 내에서 나선형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 중공사막 모듈의 막면적은 다음 식으로 계산될 수 있다.

막면적 = π x D x L' x n

여기에서

,π는 원주율, D는 중공사막 외경이고, L은 양 말단의 스페이서가 회전하지 않고 직선상에 배치될 때의 유효 중공사막 길이(원통형 하우징의 길이 - 중공사막 양 말단 접착부 길이), θ 는 고정되지 않은 스페이서의 회전 각도(도), D'는 스페이서의 회전에 의해 회전하는 중공사막 다발의 평균 회전직경, n은 중공사막의 가닥 수이며, L'는 고정되지 않은 스페이서가 회전각도 θ만큼 회전한 후의 중공사막 길이이다.

본 발명에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조는, 동일 크기의 원통형 하우징 안에 많은 막면적을 배치함으로써 집적도가 향상되어 단위 모듈의 처리량이 증가하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 중공사막이 원통 내부에서 길이방향을 따라 나선형으로 배치되어, 원수 흐름과 일정한 각도를 형성하게 됨으로써 와류 형성을 유발하여 오염물질의 막 표면 부착을 감소시키는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조는, 단위 모듈 당 막면적을 증대시켜 처리량을 증대시킴으로써, 막모듈 설치 수, 배관/펌프 등 기자재 수 감소에 따른 설치비 감소 및 설치면적 축소의 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 중공사막 모듈의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조를 모식적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 첨부 도면 등을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 다수개의 중공사막 다발이 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되며, 스페이서 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되고 다른 말단의 스페이서는 일정각도 회전하여 중공사막 다발이 원통형 하우징 내에서 나선형으로 배치됨으로써 집적도를 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 관한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 중공사막 모듈(100)은 원통형의 하우징(10) 내에 수백~수만개의 중공사막이 묶여진 중공사막 다발(30)이 다수개 수납되어 이루어진다. 이때 본 발명에 따르면 다수개의 중공사막 다발(30)이 원통형 하우징(10)의 양 말단에 설치된 스페이서(20)에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되게 된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 상기 스페이서(20)는 직사각형 형태의 2~32개의 플레이트들이 동축선 상에서 방사상으로 결합되어 원통형 하우징(10)의 단면을 방사상으로 분할하는 형태로 이루어진다. 또한, 원통형 하우징(10)의 양 말단에 설치되는 스페이서(20) 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되어 설치되며, 다른 말단의 스페이서는 원주 방향으로 회전 일정각도 회전 가능하도록 설치된다. 이에 의하여 본 발명에 따르면 중공사막 다발(30)이 원통형 하우징(10) 내에서 나선형으로 배치됨으로써 중공사막의 길이(L)를 늘려 중공사막의 집적도를 향상시킬 수 있게 된다. 상기 스페이서(20)의 재질로는 내부식성이 있는 금속재나 플라스틱재를 제한없이 사용할 수 있다.

막면적 = π x D x L' x n

여기에서

본 발명에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서, 상기와 같은 중공사막 다발(20)의 배치구조 이외에 중공사막 모듈(100) 자체의 구성은 공지된 형태를 제한없이 적용할 수 있다, 즉, 유동성 수지가 중공사막 다발(30)을 형성하고 있는 각 중공사막 사이의 간격에 침투한 후, 수지가 고화하고 중공사막과 일체화된다. 이 고화된 수지는 또한 원통형 하우징(10)의 내벽면과도 일체화되어 밀봉체를 형성한다. 수지에 의한 밀봉체의 형성을 포팅(Potting)이라 한다. 포팅에 사용되는 수지를 밀봉수지(Sealing Resin) Ehsms 포팅화합물(Potting Compound)이라 한다.

도 2에 도시하지는 않았으나 원통형 하우징(10)의 개구부에는 캡(cap)이 체결된다. 하우징(10)에는 원수 투입용 포트(port)가 구비되고, 캡에는 여과수 인출용 포트가 구비될 수 있다. 가압된 원수가 원수 투입용 포트를 통하여 하우징 (10)내로 공급된다. 공급된 원수 중의 깨끗한 물은 하우징(10) 내의 중공사막을 투과한 다음, 캡의 여과수 인출용 포트를 통하여, 중공사막 모듈(100)의 외부로 인출된다. 이때, 중공사막의 기공 크기보다 큰 입자크기를 갖는 고형오염물질은 중공사막을 통과하지 못하고 하우징(10) 내에 잔류하게 되고, 하우징(10)에 구비되어 있는 농축수 인출 포트를 통하여, 농축수와 함께 모듈(100) 외부로 빠져나오게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조는, 동일 크기의 원통형 하우징 안에 많은 막면적을 배치함으로써 집적도가 향상되어 단위 모듈의 처리량이 증가하는 효과가 있다.

또한 수처리 적용 시 종래 기술에 따른 중공사막 모듈은 원수의 흐름이 원통형 길이방향으로 중공사막을 따라 이동함으로써 층류 형성, 오염물질의 막 표면 부착에 의한 기공 폐색으로 처리량 감소 등의 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 중공사막이 원통 내부에서 길이방향을 따라 나선형으로 배치되어, 원수 흐름과 일정한 각도를 형성하게 됨으로써 와류 형성을 유발하여 오염물질의 막 표면 부착을 감소시키는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조는, 단위 모듈 당 막면적을 증대시켜 처리량을 증대시킴으로써, 막모듈 설치 수, 배관/펌프 등 기자재 수 감소에 따른 설치비 감소 및 설치면적 축소의 부수적인 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

10 : 원통형 하우징
20 : 스페이서
30 : 중공사막 다발
100 : 중공사막 모듈

Claims

다수개의 중공사막 다발이 원통형의 하우징에 수납되는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조에 있어서,
상기 중공사막 다발 배치구조는 다수개의 중공사막 다발이 원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서에 의해 분할된 각 분할 공간에 나뉘어 배치되며,
원통형 하우징의 양 말단에 설치된 스페이서 중 한쪽 말단의 스페이서는 고정되고 다른 말단의 스페이서는 일정각도 회전하여, 중공사막 다발이 원통형 하우징 내에서 나선형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조.
제1항에 있어서, 상기 스페이서는 직사각형 형태의 복수개 플레이트들이 동축선 상에서 방사상으로 결합되어 원통형 하우징의 단면을 방사상으로 분할하는 형태인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조.
삭제
제1항에 있어서, 중공사막 모듈의 막면적은 다음 식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조.
막면적 = π x D x L' x n
여기에서
,π는 원주율, D는 중공사막 외경이고, L은 양 말단의 스페이서가 회전하지 않고 직선상에 배치될 때의 유효 중공사막 길이(원통형 하우징의 길이 - 중공사막 양 말단 접착부 길이), θ 는 고정되지 않은 스페이서의 회전 각도(도), D'는 스페이서의 회전에 의해 회전하는 중공사막 다발의 평균 회전직경, n은 중공사막의 가닥 수이며, L'는 고정되지 않은 스페이서가 회전각도 θ만큼 회전한 후의 중공사막 길이이다.
제2항에 있어서, 상기 복수개 플레이트들은 2 내지 32개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 중공사막 다발 배치구조.