KR101525310B1 - 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈 - Google Patents

정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체의 유입을 향상시킴으로써 삼투압 구배를 극대화할 수 있고, 이를 통한 고유량을 수득할 수 있는 동시에 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의한 유출관의 변형, 파괴 등을 최소화한 내구성이 우수한 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 상기 다공성 투과수 유출관을 이용하여 보다 향상된 유량을 수득할 수 있는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈에 관한 것이다.

Description

정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈 {Perforated flux pipe for forward osmosis or pressure retarded osmosis module comprising the same}
본 발명은 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연삼투 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체의 유입을 향상시킴으로써 삼투압 구배를 극대화할 수 있고, 이를 통한 고유량을 수득할 수 있는 동시에 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의한 유출관의 변형, 파괴 등을 최소화한 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관에 관한 것이다.
물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 멤브레인을 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 설치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 "삼투작용" 또는 "삼투현상"이라고 한다. 삼투현상은 1867년 독일의 화학자 M. 트라우베가 발견하였고, 삼투현상에 의해 발생하는 삼투압은 1877년 페퍼가 처음으로 측정하였다.
상기와 같은 삼투현상은 지구온난화에 의한 기후변화, 산업화에 따른 공업용수증가, 인구증가에 따른 물수요의 증가로 심각해진 물 부족을 해결할 수 있는 방법 중의 하나인 바닷물을 이용한 담수화 기술의 핵심이다.
그러나 현재까지의 해수 담수화 공정은 고도의 에너지 집약형공정으로 중동과 같은 물 부족 지역이 아니면 아직까지 경제적인 면에서 한계를 가지고 있다.
바닷물 속의 염을 제거하여 사용하기 위한 방법으로는 증발법과 역삼투법으로 크게 나눌 수 있다.
역삼투법 이용한 수처리 방법에 있어서, 염(NaCl)과 같은 용존 성분을 물과 분리하기 위해서는 용존 성분에 의해 유발되는 삼투압에 상응하는 압력을 원수에 가해야 한다. 예를 들어, 해수 내에 용존되어 있는 염의 농도는 30,000~45,000ppm이고 이로부터 유발되는 삼투압은 20~30기압 정도인데, 원수로부터 담수를 생산하기 위해서는 20~30 기압 이상의 압력을 원수에 가해야 하며, 해수로부터 1m의 담수를 생산하기 위해서 통상 6~10kW/m 의 에너지를 필요로 한다.
이에 반하여 정삼투(FO)는 낮은 농도의 용액의 용매가 높은 농도의 용액 쪽으로 이동함으로써 막 분리를 하는 것으로서, 자연적인 삼투막 현상을 이용함으로 인해, 별도의 압력이 요구되지 않아 역삼투막 공법에 대비하여 매우 경제적이다. 따라서 최근 정삼투막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 역삼투(reverse osmosis)법과 반대의 개념인 정삼투법은 정삼투 분리막, 삼투모듈 내 포함되고 분리막 내부로 원수를 유출시키는 기능을 담당하는 유츌관 등이 역삼투법에 사용되는 그것과는 구별되는 특징이 있다. 따라서 정삼투법에 적용되는 분리막, 유출관 등은 역삼투막에 적용되기 어렵다.
한편, 상술한 역삼투 기술에 대한 개발이 계속됨에 따라 역삼투식 공정에서 배출되는 브라인의 고압에너지를 회수하는 기술들이 등장하고, 분리막 기술도 비약적인 발전을 거듭함에 따라 1976년에 소개되었던 삼투압 발전에 대한 관심이 증가되고 있다.
삼투압 발전이란 염도차가 있는 두 흐름이 만나는 곳에서의 삼투압 작용을 이용하여 전력을 생산하는 것을 의미하며, 27bar의 삼투압을 가지는 해수와 0에 가까운 삼투압을 가지는 강물이 만나는 곳에서의 27 bar 삼투압이 전력생산에 이용될 수 있다.
상기 전력생산은 역삼투 방식(RO)과 다른 압력지연삼투(PRO) 방식을 사용한다. 압력지연 삼투방식을 이용하여 고농도의 해수쪽을 삼투압보다 낮은 압력으로 가해주면 삼투압에 의해 막을 투과하는 물의 플럭스는 감소하게 되고, 이로 인해 삼투압은 수압으로 바뀌어 상기 발생된 수압을 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하게 되는 것이다.
상기 압력지연삼투는 원수에 삼투압 이상의 압력을 가해주는 역삼투 방식 보다 낮은 압력을 원수에 가함에 따라 압력지연 삼투방식에 사용하는 분리막, 유출관 등은 역삼투방식에 사용되는 그것과 다른 특징이 있으며, 따라서 압력지연 삼투법에 적용되는 분리막, 유출관 등은 역삼투막에 적용되기 어렵다.
상술한 바와 같이 정삼투 방식 및 압력지연 삼투 방식은 역삼투와 달리 원수에 압력을 가하지 않거나(정삼투 방식) 삼투압 보다 낮은 수준의 압력을 원수에 가함(압력지연 삼투 방식)에 따라 이에 사용되는 유출관은 높은 압력을 견뎌야 하는 역삼투 방식에 사용되는 유출관과 구별된다.
이에 따라 높은 압력에 대한 내압성을 구비하도록 설계된 역삼투 방식에 사용되는 유출관은 정삼투 방식 또는 압력지연 삼투 방식에 동일하게 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 종래의 정삼투 또는 압력지연 삼투에 사용되는 유출관은 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시킬 수 없어 삼투 구배가 원활히 또는 극대화 되지 못해 이를 통해 수득되는 유량이 적은 문제점이 있었다.
또한, 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시키기 위해 유출관에 포함된 홀의 직경, 개수 등을 무한정 크게 할 경우 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의해 유출관이 변형, 파괴 등의 손상이 생길 수 있어 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 특허출원 제2010-7023340호는 정삼투용 나선형 권취막 모듈을 개시하고 있는데 삼투 모듈에 하나 이상의 유체 스트림을 도입하거나 수집하기 위한 침투관(permeat tube)을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다고 개시하고 있을 뿐 상기 침투관이 어떻게 구성되어 있고 그에 따른 효과가 어떠한지에 대한 언급이 없다. 그러나 상기 침투관의 구성에 따라 삼투 분리막 내부로의 유입되는 유량을 향상시켜 삼투분리막을 통한 물의 플럭스를 향상시킬 수 있고, 정삼투용 또는 압력지연 삼투용으로 사용되는 다공성 투과수 유출관은 역삼투용에 사용되는 유출관과는 명백히 구별되는 바, 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 첫 번째로 해결하고자 하는 과제는 본 발명의 특정 조건을 만족하는 경우 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체의 유입을 향상시킴으로써 삼투압 구배를 극대화하여 고유량을 수득할 수 있는 동시에 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의한 유출관의 변형, 파괴 등을 최소화한 내구성이 우수한 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관을 제공하는 것이다.
본 발명이 두 번째로 해결하고자 하는 본 발명의 특정 조건을 만족하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관을 통해 고유량을 수득할 수 있는 정삼투용 모듈 또는 압력지연 삼투용 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 유체의 유?출입을 위하여 유출관의 외주연에 형성된 복수개의 홀; 및 유체가 흐르는 경로변경을 위하여 유출관의 내부에 형성된 격벽; 을 포함하고, 하기의 관계식 (1)에 의한 면적비율이 0.03 ~ 0.23을 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관을 제공한다.
[관계식 1]
Figure 112013086947079-pat00001
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공성 투과수 유출관의 외경은 18 ~ 90 mm 이고, 내경은 10 ~ 60 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 투과수 유출관의 길이는 76.2 ~ 127 cm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 홀은 평균직경이 10 ~ 14 mm이고, 상기 평균직경 범위를 벗어나는 홀의 개수는 전체 홀의 개수에 대하여 5% 미만일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 홀은 복수개의 그룹(group)을 형성하며, 상기 복수개의 그룹은 다공성 투과수 유출관의 일측에 형성된 제1 그룹 및 상기 제1 그룹에 대향하는 다공성 투과수 유출관 타측에 형성된 제2 그룹을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹은 다공성 투과수 유출관의 길이방향으로 일렬로 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 그룹은 상기 제1 그룹 및 제2 그룹의 사이의 다공성 투과수 유출관 외주연에 형성된 제3 그룹 및 상기 제3 그룹에 대향하는 위치에 형성된 제4 그룹을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 그룹 내지 제4 그룹은 다공성 투과수 유출관의 동일 횡단면상에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 제1 그룹과 제2 그룹; 및 상기 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 제3 그룹과 제4그룹;을 포함하고, 상기 제1 그룹과 제2 그룹 및 제3 그룹과 제4 그룹은 다른 횡단면상에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 유출관의 내경은 25 ~ 60 mm 이고, 외경은 35 내지 90 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 투과수 유출관이 정삼투용인 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (2)를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
Figure 112013086947079-pat00002
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 다공성 투과수 유출관이 압력지연 삼투용 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (3)을 만족할 수 있다.
[관계식 3]
Figure 112013086947079-pat00003
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 유출관으로 유입된 유체가 흐르는 경로는 상기 격벽에 의해 경로가 막힌 유체가 유출관의 복수개의 홀 중 일부 홀을 통해 유출관 외부의 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로 이동하고 분리막 내부에서 삼투작용을 거친 유체가 유출관의 나머지 홀을 통해 유출관 내부로 이동할 수 있다.
한편, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 정삼투용 다공성 투과수 유출관; 및 상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 정삼투 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관; 및 상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 압력지연삼투 분리막;을 포함하는 압력지연삼투 모듈을 제공한다.
본 발명의 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관은 본 발명에 따른 특정 조건을 만족하는 경우 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로 유체의 유입을 향상시킴으로써 삼투압 구배를 극대화시켜 고유량을 수득할 수 있게 함과 동시에 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의한 유출관의 변형, 파괴 등을 최소화하여 우수한 내구성을 가질 수 있다. 또한, 상기의 다공성 투과수 유출관을 포함하는 정삼투 모듈 또는 압력지연 모듈은 우수한 유량을 수득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현에에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현에에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예가 포함된 정삼투 장치 또는 압력지연 삼투 장치의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투 모듈에 대한 분해 사시도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 높은 압력에 대한 내압성을 구비하도록 설계된 역삼투 방식에 사용되는 유출관을 정삼투 방식 또는 압력지연 삼투 방식에 동일하게 사용할 수 없고, 종래의 정삼투 또는 압력지연 삼투에 사용되는 다공성 투과수 유출관의 경우 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시킬 수 없어 삼투 구배가 원활히 또는 극대화 되지 못해 이를 통해 수득되는 유량이 적은 문제점이 있었다. 또한, 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시키기 위해 유출관에 포함된 홀의 직경, 개수 등을 무한정 크게 할 경우 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의해 유출관이 변형, 파괴 등의 손상이 생길 수 있어 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 유체의 유·출입을 위하여 유출관의 외주연에 형성된 복수개의 홀; 및 유체가 흐르는 경로변경을 위하여 유출관의 내부에 형성된 격벽; 을 포함하고, 하기의 관계식 (1)에 의한 면적비율이 0.03 ~ 0.23을 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
[관계식 1]
Figure 112013086947079-pat00004

이를 통해 정삼투 또는 압력지연 삼투분리막 내부로 유체의 유입을 향상시킴으로써 삼투압 구배를 극대화시켜 고유량을 수득할 수 있는 동시에 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의한 유출관의 변형, 파괴 등을 최소화하여 우수한 내구성을 가질 수 있다.
먼저, 다공성 투과수 유출관에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도로써, 다공성 투과수 유출관(10) 내부로 유체(A)를 유입시키기 위한 유입구(미도시)와 유체(B)가 다공성 투과수 유출관 밖으로 배출을 위한 배출구(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다공성 투과수 유출관(10)은 상기 유입구로부터 유입된 유체(A)가 다공성 투과수 유출관(10) 외주연에 권취되어 있는 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로 유입을 위한 홀(3, 4, 5)들과 상기 분리막 내부로 흐르던 유체(B)가 다공성 투과수 유출관 내부로 유입될 수 있도록 하는 홀(6, 7, 8)들이 외주연에 형성되며, 유체(A)가 흐르는 경로 변경을 위해 유출관 내부에 격벽(9)을 포함한다. 상기 격벽(9)은 유체(A)의 흐름경로를 변화시켜 유출관(10)의 외주연에 형성된 홀(3, 4, 5)을 통해 더 많은 유체(A)가 삼투 분리막 내부로 유입될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
먼저, 상기 복수개의 홀(3 ~ 8)은 바람직하게는 평균직경이 10 ~ 14 mm이고, 상기 평균직경 범위를 벗어나는 홀의 개수는 전체 홀의 개수에 대하여 5% 미만일 수 있다.
만일 상기 평균직경 범위를 벗어나는 홀이 전체 홀의 개수에 대해 5%를 초과할 경우 삼투 분리막 내부로 유입되는 유체의 양을 증가시킬 수 없어 삼투압 구배 형성이 원활하지 못할 수 있고 이에 따라 고유량을 수득할 수 없는 문제점이 있거나 다공성 투과수 유출관이 변형, 파손 되는 등 내구성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로 다공성 투과수 유출관(10)) 내부에 위치하는 격벽(9)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 단면도로써, 상기 격벽(9)은 유체(A)의 흐름 경로를 변경하여 유출관(10) 외주연에 형성된 홀(3, 4, 5)을 통해 유출관(10) 외부로 더 많은 양의 유체(A)가 흐를 수 있게 하는 역할을 담당한다.
구체적으로 상기 유출관(10)의 내부로 유입된 유체(A)는 상기 격벽(9)에 의해 유체 흐름 경로가 막혀 유출관(10) 외주연에 형성된 홀(3, 4, 5)을 통해 흐를 수 밖에 없고 이에 따라 유출관(10) 외부 및 삼투 분리막 내부로 흐르는 유체(A)의 양은 증가하게 된다. 상기 격벽(9)의 두께는 유체(A)의 압력을 견딜 수 있는 경우 제한은 없지만, 바람직하게는 3 내지 8 cm일 수 있다. 만일 두께가 3 cm 미만인 경우 유체(A)의 압력을 견딜 수 없어 격벽이 파손될 수 있는 문제점이 있고, 8 cm 를 초과하는 경우 외주연에 포함될 수 있는 홀의 개수가 감소되고, 유체가 흐를 수 있는 유량을 감소시키는 문제점이 있을 수 있다. 상기 격벽(9)의 재질은 통상적으로 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관에 포함되는 격벽의 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 에폭시 경화제를 사용할 수 있다. 다만, 격벽을 통해 유출관의 내부를 완전히 밀착하여 유체의 흐름을 막을 수 있다면 실리콘 및 고무 등의 재질도 사용 가능하다. 상기 격벽(9)은 유출관(10) 내부에 위치하며 바람직하게는 유출관의 길이방향으로 중앙부분에 위치할 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니며 삼투구배를 극대화 하고 더 많은 유량을 수득하기 위해 격벽(9)의 위치는 조정될 수 있다.
다공성 투과수 유출관(10)에 상기와 같이 격벽이 존재함에 따른 유체의 이동경로는 역삼투에서의 유체의 경로와 구별되는 바, 유체 이동 경로에 대해 구체적으로 이하 설명한다.
상기 유출관(10)으로 유입된 유체(A)가 흐르는 경로는 도 1에서 상기 격벽(9)에 의해 경로가 막힌 유체(A)가 유출관(10)의 복수개의 홀 중 일부 홀(3, 4, 5)을 통해 유출관 외부로 이동할 수 있다. 상기 외부로 이동된 유체(A)는 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로 이동하고 분리막 내부에서 삼투작용을 거친 유체(B)가 유출관의 나머지 홀(6, 7, 8)을 통해 유출관(10) 내부로 이동할 수 있다. 상기 유체(B)는 유체(A)에 비해 농도가 격하되거나 농축 또는 농도가 동일한 유체일수 있다. 이는 다공성 투과수 유출관(10) 내부로 투입되는 유체(A)와 삼투 분리막 외부로 흘려주는 유체 중 어느 유체의 농도가 더 높은지에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들어 유출관(10) 내부에 투입되는 유체(A)의 농도가 삼투 분리막 외부로 흘려주는 유체의 농도보다 높고, 삼투방식이 정삼투인 경우 삼투 구배에 따라 분리막 내부로 물의 플럭스가 생기고 이에 따라 유체(B)의 농도는 유체(A) 보다 낮을 수 있다. 농도가 상기 예와 반대인 경우는 삼투 구배에 따라 분리막 내부에서 외부로 물의 플럭스가 생기고 이에 따라 유체(B)의 농도는 유체(A) 보다 높을 수 있다. 다만 이때 유체(A)로 증류수를 투입 시킨 경우 유체(B)의 농도는 유체(A)의 농도와 동일할 수 있다.
상기 다공성 투과수 유출관(10)의 재질, 길이(도2의 a), 외경(도2의 b) 및 내경(도2의 c)은 통상적으로 정삼투 장치 또는 압력지연 장치에 사용되는 유출관의 재질, 길이, 외경 및 내경일 수 있으나 바람직하게는 재질은 ABS 및 Norly 등의 소재일 수 있다. 또한, 바람직하게는 길이는 76.2 ~ 127 cm일 수 있다. 나아가, 바람직하게는 외경은 18 ~ 90 mm 이고, 내경은 10 ~ 60 mm 일 수 있다. 만일 외경과 내경이 상기 범위를 벗어나는 경우 유체의 흐름에 따른 압력에 의해 다공성 투과수 유출관의 격벽 파손 등의 내구성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 삼투모듈을 제조할 때 포함되는 정삼투 또는 압력지연 삼투막의 개수가 감소하여 최종 유량을 감소시키는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 다공성 투과수 유출관(10)은 하기의 관계식(1)에 의한 면적비율이 0.03 ~ 0.23을 만족한다.
[관계식 1]
Figure 112013086947079-pat00005
정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관의 경우 다공성 투과수 유출관 내부로 흐르는 유체에 압력을 가할 필요 없거나(정삼투) 또는 역삼투 보다 낮은 압력을 유체에 가함(압력지연 삼투)에 따라 높은 유체 압력을 견딜 수 있도록 설계된 역삼투용 다공성 투과수 유출관을 동일하게 사용할 수 없으며 종래의 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관은 더 많은 유량을 수득할 수 있음에도 불구하고 유출관에 천공된 홀의 직경이 작고 개수가 적어 적은 유량이 수득되는 문제점이 있었다. 또한, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 다공성 투과수 유출관에 포함된 홀의 개수와 직경을 증가시킬 경우 다공성 투과수 유출관의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 발명자들은 다공성 투과수 유출관(10)에 복수개의 홀(도 1의 3 내지 8)을 포함하되, 상기의 관계식(1)에 의한 면적비율이 0.03 ~ 0.23을 만족하도록 하여 상기의 문제점을 해결하였다.
만일 상기 면적비율이 0.03 미만일 경우 종래의 다공성 투과수 유출관과 차이가 없어 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 증가시킬 수 없는 문제점이 있으며, 0.23을 초과하는 경우 다공성 투과수 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의해 유출관의 변형, 파괴 등의 손상이 발생할 수 있고 이에 따라 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면 상기 복수개의 홀은 복수개의 그룹(group)을 형성하며, 상기 복수개의 그룹은 다공성 투과수 유출관의 일측에 형성된 제1 그룹 및 상기 제1 그룹에 대향하는 다공성 투과수 유출관 타측에 형성된 제2 그룹을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도(격벽 미도시)로써 복수개의 홀이 복수개의 그룹(p, q)을 형성하고 있고, 다공성 투과수 유출관(10)의 일측에 제1 그룹(p)과 다공성 투과수 유출관(10)의 타측에 제2 그룹(q)을 포함하고 있다.
또한, 상기 제1 그룹(p) 및 제2 그룹(q)은 다공성 투과수 유출관(10)의 길이방향으로 일렬로 형성될 수 있고 이를 통해 유체에 의한 다공성 투과수 유출관에 가해지는 압력을 최소화할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면 상기 복수개의 그룹은 상기 제1 그룹 및 제2 그룹의 사이의 다공성 투과수 유출관 외주연에 형성된 제3 그룹 및 상기 제3 그룹에 대향하는 위치에 형성된 제4 그룹을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도(격벽 미도시)이다. 도 5에서 다공성 투과수 유출관(200)의 외주연에 복수개의 홀(201, 211, 221, 231)을 각각 포함하고 있는 복수개의 그룹(r, s, t, u)이 형성되고 제1그룹(r)과 제2 그룹(t)이 서로 대향하도록 위치하며, 제1 그룹(r)과 제2 그룹(t) 사이에 제 3 그룹(t)과 제4 그룹(s)이 서로 대향하도록 위치하고 있다.
상기와 같이 제1 그룹(r)과 제2 그룹(t)이 서로 대향하고, 3 그룹(t)과 제4 그룹(s)이 서로 대향하도록 복수개의 그룹이 배치됨으로써 유출관(200) 내부로 흐르는 유체의 압력 의한 유출관(200)의 변형, 파괴를 최소화 할 수 있다.
바람직하게는 상기 다공성 투과수 유출관의 내경은 25 ~ 60 mm 이고, 외경은 35 내지 9 cm일 수 있다. 만일 상기 범위를 벗어나는 경우 다공성 투과수 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의해 유출관의 변형, 파괴 등의 손상이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예에 따르면 상기 제1 그룹 내지 제4 그룹에 포함된 각각의 홀은 다공성 투과수 유출관의 동일 횡단면상에 형성될 수 있다. 구체적으로 도 5에서 제1 그룹(r)에 포함된 홀(201), 제2 그룹(t)에 포함된 홀(211), 3 그룹(t)에 포함된 홀(221) 및 제4 그룹(s)에 포함된 홀(231)은 다공성 투과수 유출관(200)의 동일 횡단면상에 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면 상기 다공성 투과수 유출관은 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 홀을 포함하는 제1 그룹과 제2 그룹; 및 상기 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 홀을 포함하는 제3 그룹과 제4그룹;을 포함하고, 상기 제1 그룹과 제2 그룹에 포함된 홀과 상기 제3 그룹과 제4 그룹에 포함된 홀은 서로 다른 횡단면상에 형성될 수 있다.
구체적으로 도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현에에 따른 다공성 투과수 유출관의 부분 사시도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현에에 따른 다공성 투과수 유출관의 전개도로써, 도 7에서 제1 그룹에 포함되는 홀(301)은 제2 그룹에 포함되는 홀(321)과 다공성 투과수 유출관(300)의 동일 횡단면상에 형성되고, 제3 그룹에 포함되는 홀(311)은 제4 그룹에 포함되는 홀(331)과 다공성 투과수 유출관(300)의 동일 횡단면상에 형성되며, 상기 제1, 2 그룹에 포함되는 홀(301, 321)과 제3, 4 그룹에 포함되는 홀(311, 331)은 다공성 투과수 유출관(300)의 서로 다른 횡단면상에 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 다공성 투과수 유출관이 정삼투용인 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (2)를 만족할 수 있다.
[관계식 2]
Figure 112013086947079-pat00006
상기 관계식(2)를 만족함으로써 다공성 투과수 유출관의 손상을 방지하면서 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 증가시킬 수 있고 이를 통해 원활히 구배된 삼투압으로 인해 고유량을 수득할 수 있다. 만일 상기 관계식 (2)를 만족하지 않는 경우 수득되는 유량이 적어지거나 유출관에 손상이 발생할 수 있다.
또한, 상기 다공성 투과수 유출관이 압력지연 삼투용 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (3)을 만족할 수 있다.
압력지연 삼투용의 다공성 투과수 유출관의 경우 유체에 압력이 별도로 가해질 수 있는 바 유출관의 손상을 최소화하면서 고유량을 수득하기 위해 별도의 압력이 유체에 가해지지 않는 정삼투용 다공성 투과수 유출관과는 다른 관계식 3을 만족할 수 있다.
[관계식 3]
Figure 112013086947079-pat00007
상기 관계식(3)를 만족함으로써 다공성 투과수 유출관의 손상을 방지하면서 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 증가시킬 수 있고 이를 통해 원활히 구배된 삼투압으로 인해 고유량을 수득할 수 있다. 만일 상기 관계식 (3)를 만족하지 않는 경우 수득되는 유량이 적어지거나 유출관의 손상이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명은 정삼투용 다공성 투과수 유출관; 및 상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 정삼투 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관; 및 상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 압력지연 삼투 분리막;을 포함하는 압력지연 삼투 모듈을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 다공성 투과수 유출관에 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막이 나권형으로 권취되어 삼투모듈을 형성하고 상기 삼투모듈은 외부 케이스에 포함될 수 있다.
구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 정삼투용 모듈 또는 압력지연 삼투모듈이 포함된 삼투장치의 분해 사시도로써, 외부케이스(30) 내부에 본 발명에 따른 삼투모듈이 포함되고 다공성 투과수 유출관(20)의 외주연에 복수개의 정삼투 분리막 또는 복수개의 압력지연 삼투 분리막이 나권형으로 권취된다.
먼저, 상기 외부케이스(30)에 대해 설명한다.
상기 외부케이스(30)는 통상적으로 정삼투 장치 또는 압력지연 삼투 장치에 사용되는 외부케이스의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 외부케이스(30)는 내부에 위치한 다공성 투과수 유출관(20) 및 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막의 크기를 고려하여 수용 가능토록 크기와 형상을 정할 수 있으며, 바람직하게는 복수개의 정삼투 분리막 또는 복수개의 압력지연 삼투 분리막이 다공성 투과수 유출관(20)에 나권형으로 권취 되는바 그 형상은 원기둥일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 나권형으로 권취되어 포함되는 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 모듈에 대한 분해 사시도로써, 다공성 투과수 유출관(20)을 중심으로 복수개의 정삼투 분리막(40) 또는 압력지연 삼투 분리막(40)이 나권형으로 권취되며, 상기 분리막(40)의 외부에는 유로형성을 목적으로 하는 스페이서(60)가 포함될 수 있다.
상기 분리막(40)은 분리막 2장(41, 42)이 포켓 형상을 하고 있으며, 다공성 투과수 유출관(20)을 통해 흐르는 유체(B, 원수)가 포켓 형상의 분리막(40) 내부로 유입되고, 분리막(40) 외부로 흐르는 농도가 다른 유체(A)와 유체적으로 격리되어 분리막을 경계로 하여 삼투압 구배가 형성된다. 상기 분리막(40) 내부에는 유로 형성을 위해 스페에서(50)를 포함할 수 있으며, 다공성 투과수 유출관(20)을 통해 흐르는 유체의 분리막(40) 내부로의 유입을 증가시킴으로써 삼투구배를 높일 수 있다.
상기 분리막(40)은 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막으로, 상기 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막은 통상적으로 정삼투에 사용되는 분리막의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 정삼투 분리막 또는 압력지연 분리막의 경우 다공성 투과수 유출관(20)을 중심으로 나권형으로 권취되어 정삼투 모듈 또는 압력지연 모듈을 형성하는데 나권형으로 권취됨으로써 도 8의 상기 외부케이스(30) 단위부피당 포함되는 상기 삼투 분리막의 표면적을 더 넓게 할 수 있으며 이에 따라 삼투작용이 가능한 유효면적이 증가되어 삼투압 구배가 잘 형성되는 이점이 있다. 상기 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투모듈의 단면 직경은 삼투구배의 향상, 유량의 향상 등 목적에 따라 다르게 설계할 수 있으며, 바람직하게는 8 ~ 45 cm 일 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 구현예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
길이가 101.6cm, 외경이 20 mm, 내경이 12 mm이며 유출관의 중앙부분에 두께가 5cm인 에폭시 경화재로 형성된 격벽을 포함하고 있는 ABS소재의 유출관 일측(제1 그룹)에 평균 직경이 12mm인 홀을 홀간 간격이 2.36 cm 되도록 하여 42개 천공하였으며, 상기 일측에 대향하는 유출관의 반대 측면(제2 그룹)에 평균 직경이 12 mm인 홀을 홀간 간격이 2.36 cm되도록 하고 상기 일측에 천공된 홀과 유출관의 동일횡단면에 위치하도록 하여42개 천공 후 도 1내지 3과 같은 다공성 투과수 유출관을 제조하였다. 다만, 상기 홀간 거리는 홀의 중심에서 인접한 홀의 중심까지로 정의한다.
<실시예 2 내지 5>
상기 실시예 1과 같이 제조하되, 하기 표 1에 따라 홀의 평균직경, 개수, 유출관의 내경 등을 달리하여 다공성 투과수 유출관을 제조하였다. 이때 실시예 3 내지 4의 경우 도 1내지 3과 같이 제조하고, 실시예 2 및 5의 경우 도 4 내지 5와 같이 다공성 투과수 유출관을 제조하였다.
<비교예 1, 2>
상기 실시예 1과 같이 제조하되, 하기 표 1에 따라 홀의 평균직경, 개수, 유출관의 내경 등을 달리하여 다공성 투과수 유출관을 제조하였다.
<실험예 1> - 정삼투 장치의 조건 만족여부 및 물성평가
1. 정삼투 장치의 제조
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 다공성 투과수 유출관에 하기와 같은 정삼투막 집합체를 3개와 상기 정삼투막 집합체 사이에 공극이 6.25 mm2인 폴리프로필렌(PP) 소재의 메쉬시트를 스페이서로 포함시켜 나권형으로 권취한 후 도 9와 같이 모듈 단면의 직경이 10.16cm인 정삼투모듈을 제조하였다. 상기 정삼투 모듈을 통상적인 정삼투 방식에 사용되는 외부케이스에 포함시켜 도 8과 같은 정삼투 장치를 만든 후 다공성 투과수 유출관으로는 농도가 2M NaCl 유도용액을 유입시키고 상기 정삼투 분리막 외부로는 원수를 유입시켜 하기의 조건 및 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
1) 정삼투막 집합체의 제조
지지체로 50 μm 두께인 부직포, 100 μm 두께인 고분자 지지층 및 200nm 폴리아미드계 활성층을 포함하는 총 두께가 약 150㎛ 정삼투막을 제1, 2 분리막으로 하고 상기 분리막 사이에 두께가 9밀리인치인 에폭시 함침 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 소재의 트리코트 2장과 상기 트리코트 사이에 두께가 46밀리인치이고 공극률이 0.5%, 재질이 폴리프로필렌(PP)인 메쉬시트 1장을 스페이서로 포함시켜 가로 세로 길이가 각각 1m인 정삼투막 집합체를 제조하였다.
2. 조건
(1)
Figure 112013086947079-pat00008
(2) 유출관에 포함된 전체 홀 중 직경이 10 내지 14 mm를 만족하지 않는 홀의 개수가 5% 초과여부
(3)
Figure 112013086947079-pat00009

3. 유량(gfd)
분리막 내부로 흐르는 유도용액과 분리막 외부로 흐르는 원수간에 삼투현상에 의해 분리막 내부로 물이 이동하도록 삼투압 구배를 형성시켰다. 이때, 시간에 따른 원수의 전후 무게를 측정하여 시간당 물의 양을 측정하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
4. 내구성
상기 정삼투 장치에서 모듈 성능의 정상적인 결과를 얻기 위하여 1시간 정도 가동시켜 안정화 시킨 후 상기 정삼투 장치를 48 시간 동안 가동한 후 다공성 투과수 유출관의 변형, 파손 정도를 육안으로 관찰하였으며 변형, 파손이 없는 경우 ⊙, 변형 또는 파손이 발생한 경우 ○, 변형 또는 파손되어 사용불가한 경우 Ⅹ로 표시하였다.
<실험예 2> - 압력지연 삼투 장치의 조건 만족여부 및 물성평가
1. 압력지연삼투 장치의 제조
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 다공성 투과수 유출관에 하기와 같은 압력지연 삼투막 집합체 3개와 상기 압력지연 삼투막 집합체 사이에 공극이 6.25 mm2인 폴리프로필렌(PP) 소재의 메쉬시트를 스페이서로 포함시켜 나권형으로 권취한 후 도 9와 같이 모듈 단면의 직경이 10.16cm인 압력지연 삼투모듈을 제조하였다. 상기 압력지연삼투 모듈을 통상적인 압력지연 삼투 방식에 사용되는 외부케이스에 포함시켜 도 8과 같은 압력지연 삼투 장치를 만든 후, 다공성 투과수 유출관으로는 농도가 500 ppm이하의 증류수 혹은 염이 포함되어 있는 유체를 유입시키고 상기 압력지연 삼투 분리막 외부로는 해수 농도 35,000 ppm인 염을 포함하는 유체를 유입시켜 하기의 조건 및 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
1) 압력지연 삼투막 집합체의 제조
지지층으로 평균기공이 200㎛인 폴리에틸렌계의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 소재의 부직포, 폴리술폰 혼합 고분자 지지층 및 폴리아미드 활성층을 포함하는 제1, 2 분리막을 각각의 총두께가 0.16 밀리인치로 하고 하고 상기 분리막 사이에 두께가 9밀리인치인 에폭시 함침 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 소재의 트리코트 2장과 상기 트리코트 사이에 두께가 32밀리인치이고 공극률이 0.5%, 재질이 폴리프로필렌(PP)인 메쉬시트 1장을 스페이서로 포함시켜 가로 세로 길이가 각각 1m인 압력지연 삼투막 집합체를 제조하였다.
2. 조건
(1)
Figure 112013086947079-pat00010
(2) 유출관에 포함된 전체 홀 중 직경이 10 내지 14 mm를 만족하지 않는 홀의 개수가 5% 초과여부
(4)
Figure 112013086947079-pat00011
3. 유량(gfd)
상기 유출관을 적용하여 제조한 모듈의 성능을 평가하기 위하여, 모듈 유출관 안으로 증류수를 흘려주고 유출관 밖으로는 염을 포함하는 유도용액을 흘려준다. 이때, 가압조건 10 [kg/cm2]에서 내압성 및 물의 이동량을 측정하고 이를 전력밀도로 환산하여 압력 지연 삼투막 모듈의 유량을 확인하였다.
압력지연삼투 공정의 성능은 전력밀도로 나타내며, 전류밀도는 단위면적당 전력(W/㎡)의 단위를 갖는다. 전력밀도는 압력 지연 삼투막 모듈의 성능 평가에서 얻어진 유량(gfd)과 압력을 적용하여 하기 수학식 1에 의해 산출하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다
[수학식 1]
Figure 112013086947079-pat00012
상기에서 W는 전력밀도, JW는 유량, △P는 압력이다.
4. 내구성
상기 압력지연 삼투 장치의 모듈 성능의 정상적인 결과를 얻기 위하여 1시간 정도 가동시켜 안정화 시킨 후 48시간 동안 모듈 성능 평가를 실시하였다. 다공성 투과수 유출관의 변형, 파손 정도를 육안으로 관찰하였으며 변형, 파손이 없는 경우 ⊙, 변형 또는 파손이 발생한 경우 ○, 변형 또는 파손되어 사용 불가한 경우 Ⅹ로 표시하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2
길이(cm) 101.6 101.6 101.6 101.6 101.6 101.6 101.6
외경(mm) 20 38 20 20 20 20 20
내경(mm) 12 28 12 12 12 12 12
격벽유무 ○ ○ ○ ○ ○ ○ x
제1
그룹		 평균직경
(mm)		 12 12 14 12 12 3 12
개수 42 42 42 60 20 42 42
제2
그룹		 평균직경
(mm)		 12 12 14 12 12 3 12
개수 42 42 42 60 20 42 42
제3
그룹		 평균직경
(mm)		 - 12 - - 12 - -
개수 - 42 - - 20 - -
제4
그룹		 평균직경
(mm)		 - 12 - - 12 - -
개수 - 42 - - 20
홀간거리(cm) 2.36 2.36 2.36 1.66 4.83 2.36 2.36
조건(1) 0.13 0.11 0.13 0.19 0.13 0.0084 0.13
조건(2) 2% 2% 10% 2% 2% 2% 2%
조건(3) 또는 (4) 1.87 1.13 1.87 8.96 7.83 5.01 7.95
정삼투
장치		 유량(gfd) 16.45 16.38 17.18 17.52 19.07 5.13 1.67
내구성 ⊙ ⊙ ○ ○ ○ ⊙ ⊙
압력
지연
삼투
장치		 유량(gfd) 6.62 6.89 6.92 6.73 6.05 5.06 5.72
전력밀도
(W/m2)		 3.06 3.19 3.20 3.11 2.80 2.34 2.65
내구성 ⊙ ⊙ ○ ○ ○ ⊙ ⊙
구체적으로 정삼투 장치에서는 본 발명에 따른 면적비율 조건 1을 만족하는 실시예가 비교예 1에 비해 유량이 현저하게 우수하였으며, 다공 다공성 투과수 유출관 내부에 격벽을 포함하는 실시예가 격벽이 불포함된 비교예 2에 비해 현저히 우수한 유량을 수득할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 조건 2 또는 조건 3을 만족하지 못하는 실시예 4 또는 5의 경우 실시예 1에 비해 내구성이 저하됨을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 다공성 투과수 유출관의 내경이 25 ~ 60 mm 이고, 외경은 35 내지 90 mm인 범위를 벗어나는 다공성 투과수 유출관에 제 1 내지 제 4그룹으로 천공을 한 실시예 5의 경우 실시예 2에 비해 유량은 향상될 수 있으나 내구성이 떨어짐을 확인할 수 있다.
다음으로 압력지연 삼투장치에서는 본 발명에 따른 면적비율인 조건 1을 만족하는 실시예가 비교예 1에 비해 유량 및 전력밀도에서 현저히 우수하였으며, 다공성 투과수 유출관 내부에 격벽을 포함하는 실시예가 격벽이 불포함된 비교예 2에 비해 현저히 우수한 유량 및 전력밀도를 수득할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 조건 2 를 만족하는 실시예 1에서 조건 2를 불만족하는 실시예 3에 비해 내구성이 우수함을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 조건 3을 만족하는 실시예 1에서 조건 3을 불만족하는 실시예 4에 비해 내구성이 우수함을 확인할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 다공성 투과수 유출관의 내경이 25 ~ 60 mm 이고, 외경은 35 내지 90 mm인 범위를 벗어나는 다공성 투과수 유출관에 제 1 내지 제 4그룹으로 천공을 한 실시예 5의 경우 실시예 2에 비해 유량은 향상될 수 있으나 내구성이 떨어짐을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 유체의 유·출입을 위하여 유출관의 외주연에 형성된 복수개의 홀; 및
    유체가 흐르는 경로변경을 위하여 유출관의 내부에 형성된 격벽; 을 포함하고, 하기의 관계식 (1)에 의한 면적비율이 0.03 ~ 0.23을 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
    [관계식 1]
    Figure 112013086947079-pat00013
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 투과수 유출관의 외경은 18 ~ 90 mm 이고, 내경은 10 ~ 60 mm 인 것을 특징을 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 투과수 유출관의 길이는 76.2 ~ 127 cm 인 것을 특징을 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홀은 평균직경이 10 ~ 14 mm이고, 상기 평균직경 범위를 벗어나는 홀의 개수는 전체 홀의 개수에 대하여 5% 미만인 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 홀은 복수개의 그룹(group)을 형성하며, 상기 복수개의 그룹은 다공성 투과수 유출관의 일측에 형성된 제1 그룹 및 상기 제1 그룹에 대향하는 다공성 투과수 유출관 타측에 형성된 제2 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 그룹 및 제2 그룹은 다공성 투과수 유출관의 길이방향으로 일렬로 형성된 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  7. 제5항에 있어서, 상기 복수개의 그룹은,
    상기 제1 그룹 및 제2 그룹의 사이의 다공성 투과수 유출관 외주연에 형성된 제3 그룹 및 상기 제3 그룹에 대향하는 위치에 형성된 제4 그룹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 그룹 내지 제4 그룹에 포함된 각각의 홀은 다공성 투과수 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 홀을 포함하는 제1 그룹과 제2 그룹; 및
    상기 유출관의 동일 횡단면상에 형성된 홀을 포함하는 제3 그룹과 제4그룹; 을 포함하고,
    상기 제1 그룹과 제2 그룹에 포함된 홀과 상기 제3 그룹과 제4 그룹에 포함된 홀은 서로 다른 횡단면상에 형성된 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 유출관의 내경은 25 ~ 60 mm 이고, 외경은 35 내지 90 mm인 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 투과수 유출관이 정삼투용인 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
    [관계식 2]
    Figure 112013086947079-pat00014
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 투과수 유출관이 압력지연 삼투용 경우 상기 홀의 직경(mm)과 개수는 하기의 관계식 (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
    [관계식 3]
    Figure 112013086947079-pat00015
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유출관으로 유입된 유체가 흐르는 경로는 상기 격벽에 의해 경로가 막힌 유체가 유출관의 복수개의 홀 중 일부 홀을 통해 유출관 외부의 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로 이동하고 분리막 내부에서 삼투작용을 거친 유체가 유출관의 나머지 홀을 통해 유출관 내부로 이동하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 정삼투용 다공성 투과수 유출관; 및
    상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 정삼투 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈.
  15. 제1항 내지 제10항 및 제12항 중 어느 한 항에 따른 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관; 및
    상기 다공성 투과수 유출관의 외주연에 나권형으로 권취된 복수개의 압력지연삼투 분리막;을 포함하는 압력지연삼투 모듈.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180038837A (ko) * 2016-10-07 2018-04-17 도레이케미칼 주식회사 삼투모듈용 다공성 유출관

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033878A (en) * 1975-05-12 1977-07-05 Universal Oil Products Company Spiral wound membrane module for direct osmosis separations
KR20110002036A (ko) * 2008-03-20 2011-01-06 예일 유니버시티 정삼투용 나선형 권취 막 모듈
KR20110069818A (ko) * 2008-10-17 2011-06-23 제너럴 일렉트릭 캄파니 나선형으로 권취된 분리기 조립체용 중앙 코어 요소
US8354026B2 (en) * 2009-03-09 2013-01-15 Hydration Systems, Llc Center tube configuration for a multiple spiral wound forward osmosis element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033878A (en) * 1975-05-12 1977-07-05 Universal Oil Products Company Spiral wound membrane module for direct osmosis separations
KR20110002036A (ko) * 2008-03-20 2011-01-06 예일 유니버시티 정삼투용 나선형 권취 막 모듈
KR20110069818A (ko) * 2008-10-17 2011-06-23 제너럴 일렉트릭 캄파니 나선형으로 권취된 분리기 조립체용 중앙 코어 요소
US8354026B2 (en) * 2009-03-09 2013-01-15 Hydration Systems, Llc Center tube configuration for a multiple spiral wound forward osmosis element

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180038837A (ko) * 2016-10-07 2018-04-17 도레이케미칼 주식회사 삼투모듈용 다공성 유출관
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