KR101584121B1 - 나권형 정삼투 분리막 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정삼투 분리막(1), 유도용액이 유, 출입되는 센터파이프(2), 상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3), 및 상기 정삼투 분리막(1), 센터파이프(2), 중공관(3)을 감싸는 커버(4)를 포함하는 나권형 정삼투 분리막 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나권형 정삼투 분리막 모듈은 정삼투 분리막을 연결한 후 유도용액의 유로를 일직선으로 만들어 압력손실 및 흐름에 저항을 줄이고, 복수개의 홀이 뚫려있는 중공관을 포함하여 정삼투 분리막을 연결하여 내부로 유도용액의 유입을 원활히 하여 투과되는 유량을 향상시킬 수 있다.

Description

나권형 정삼투 분리막 모듈 및 이의 제조방법{Forward osmosis membrane module of spiral wound type, and method for preparing thereof}
본 발명은 나권형 정삼투 분리막 모듈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 유도용액의 유로를 만들어 유도용액의 흐름에 대한 저항을 최소화시키고, 내압성이 개선된 나권형 정삼투 분리막 모듈과 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 저에너지형의 수처리 기술로서 깨끗한 물에 대한 수요 및 저렴하면서도 지속가능한 에너지를 모두 충족시킬 수 있는 삼투압을 이용한 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
해수 담수화 처리방법으로는 정삼투 방식과 역삼투 방식이 있는데, 지금까지는 주로 역삼투압 방식을 이용한 담수화 기술이 주를 이루었다. 역삼투 방식은 고압(50~80기압)을 이용하여 해수가 반투막을 통과하도록 하여 해수로부터 담수를 얻는 방법이고, 정삼투 방식은 삼투압 차이로 반투막에서 물의 자연스러운 확산을 이용한 것으로, 오염된 물로부터 순수한 물과 농축된 염을 포함한 용액으로 분리하고, 얻어진 염은 저온처리를 통해 쉽게 제거하는 것이다. 즉, 분리막 한쪽에는 소금물이 있고, 다른 한쪽의 담수는 암모니아, 이산화탄소를 첨가하여 고농도의 용액으로 만들어 분리막을 이용하여 걸러내는 것이다. 이때, 소금물보다 농도가 10배나 높기 때문에 물은 해수에서 담수로 흐르게 된다. 상기 담수를 일정 온도 이상으로 가열하여 이산화탄소와 암모니아를 증발시켜 순수한 담수를 얻는다.
이러한 정삼투(forward osmosis) 방식은 낮은 농도의 용액이 높은 농도의 용액 쪽으로 이동함으로써 막 분리를 하는 것으로서, 자연적인 삼투막 현상을 이용함으로 인해, 별도의 압력이 요구되지 않아 역삼투 공법에 대비하여 매우 경제적이다. 따라서, 정삼투 방식을 이용한 해수담수화 처리의 경우, 역삼투 방식을 이용한 경우보다 에너지 소비율이 1/10으로 감소한다고 보고하고 있다.
막 모듈의 종류로는 평판형 모듈, 관형 모듈, 중공사형 모듈, 나권형 모듈 등 여러 종류의 형태가 개발되어 있다. 최근 상업화되고 있는 역삼투 방식의 분리막으로는 나권형(spiral-wound type) 막 모듈이 주로 쓰이고 있다.
상기 나권형 모듈은 유입수 유로와 두 개의 분리막 내에 위치시킨 투과수 유로를 샌드위치 방식으로 접합시킨 후 이를 중앙에 위치한 다공성 유출관인 센터 파이프에 롤(roll) 형태로 권취시켜 이루어진다.
이러한 나권형 분리막 모듈의 기능을 보면 공급수와 유도용액의 삼투압 차이로 인해 공급수의 염 및 유기물 등이 배제되고 물만 분리되어 유도용액으로 넘어와 희석된다. 이때 기존의 나권형 정삼투 분리막 모듈은 유도용액의 흐름에 저항이 생기고 압력손실이 일어난다. 그리고 정삼투 분리막의 내부로 유도용액의 유입을 향상시킬 수 없어 삼투압이 일정하지 않아 투과되는 유량이 적은 문제점이 있었다.
나권형 분리막 모듈에 대한 종래 기술인 한국등록특허 10-1397296에서는, 중공관(110)의 내부에 바이패스관(120,220)을 동심원적으로 배열하여 전방측에 배치되는 중공관(110)의 바이패스관(120,220)으로부터 후방측에 배치되는 중공관(110)으로 유입된 유체(A) 중 일부는 바이패스관(120,220)을 통해 후방측에 인접하게 연결된 중공관(110) 측으로 직접 유입되고, 나머지는 전방측에 배치되는 중공관(110)으로부터 유입된 유체(B)와 혼합된 후 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되어 제2관통홀(114)로 유입되도록 함으로써 차압을 줄여 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100)을 제시하고 있다. (도 8 참조)
또한, 현재 상용화된 나권형 정삼투 모듈 및 평판형 막 모듈은 일정 압력이(1~2기압 이상) 가해지면 막 내부에 손상이 가는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 내압성이 낮은 문제점을 해결할 수 있는 분리막 모듈의 개발이 필요하다.
한국등록특허 10-1397296
이에 본 발명은 종래 나권형 분리막 모듈에서의 상기와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 정삼투 나권형 모듈의 유도용액의 유로를 만들어 유도용액의 흐름에 대한 저항을 최소화시키고, 그 유입을 원활히 하여 투과되는 유량을 향상시킬 수 있으며, 기존 정삼투 분리막 모듈의 낮은 내압성을 보완할 수 있는 나권형 정삼투 분리막 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 효과를 가지는 나권형 정삼투 분리막 모듈의 제조방법을 제공하는 데도 있다.
본 발명에 따른 나권형 정삼투 분리막 모듈은 정삼투 분리막(1), 유도용액이 유, 출입되는 센터파이프(2), 상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3), 및 상기 정삼투 분리막(1), 센터파이프(2), 중공관(3)을 감싸는 커버(4)를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 정삼투 분리막(1)의 일 단부는 상기 센터파이프(2)에 연결되고, 다른 일 단부에는 중공관(3)이 연결될 수 있다.
상기 센터파이프(2)에는 유도 용액의 유입을 위하여 상기 센터파이프(2)의 둘레와 길이를 따라 일정 간격 이격된 위치에서 다수의 홀(5)이 형성될 수 있다.
상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들은 1쌍의 정삼투 분리막(1)으로 감싸는 구조를 가짐으로써, 상기 센터파이프(2)에 형성된 각 홀(5)들을 상기 정삼투 분리막(1)의 내부에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 센터파이프(2)의 전단과 후단에는 각각 상기 커버(4)와 결합되는 홈(6a, 6b)이 형성될 수 있다.
상기 막 모듈은 상기 센터파이프(2)의 유도용액 유입부와 유출부에 각각 상부 캡(7)과 하부 캡(8)이 연결될 수 있다.
상기 상부 캡(7)은 상기 센터파이프(2) 유입부와 연결되는 센터파이프 지지부(7a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(7b), 및 상기 센터파이프 지지부(7a)와 중공관 지지부(7b)를 연결 및 고정시키는 유로관(7c)이 포함될 수 있다.
상기 각 중공관 지지부(7b)의 상단(7d)은 공급액 유입 방지를 위해 폐쇄된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 하부 캡(7)은 상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(8b), 및 상기 센터파이프 지지부(8a)와 중공관 지지부(8b)를 연결 및 고정시키고, 각 중공관(3)을 통과한 희석된 유도용액의 배출을 위한 유로관(8c)을 포함할 수 있다.
상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a)의 상단(8d)은 희석된 유도용액이 센터파이프 내부로 유입되지 않도록 폐쇄된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 중공관(3)에는 희석된 유도용액의 원활한 배출을 위해 일정한 간격으로 이격된 위치에 형성된 중공관 홀(3a), 및 상기 중공관 홀(3a)을 통하여 배출된 희석된 유도용액을 모아서 하부 캡(8)의 유로관(8c)으로 배출되도록 상기 중공관(3)의 하단부에 희석된 유도용액 배출 홀(3b)을 포함할 수 있다.
상기 커버(4)는 공급액, 유도용액, 및 투과수가 유, 출입되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 나권형 정삼투 분리막 모듈의 제조방법은 센터파이프(2)의 둘레와 길이 방향으로 일정 간격 이격시킨 위치에서 다수의 홀(5)을 형성시키는 1단계, 1쌍의 정삼투 분리막(1)의 단부에 중공관(3)을 연결시키는 2단계, 상기 중공관(3)이 연결된 각각의 정삼투 분리막(1)을 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시키는 3단계, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시킨 각각의 정삼투 분리막(1)을 센터파이프(2)의 둘레 방향을 따라 권취시키는 4단계, 및 상기 권취된 분리막 모듈에 상부 캡(7), 커버(4), 하부 캡(8)을 순차적으로 연결시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제5단계는 상기 센터파이프(2)에 상부 캡(7)을 연결시킴과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 상부 캡(7)의 각 중공관 지지부(7b)에 연결시키는 상부 캡 연결 단계, 상기 상부 캡(7)이 연결된 분리막 모듈에 커버(4)를 결합시키는 단계, 및 상기 커버(4)가 결합된 분리막 모듈의 센터파이프(2)에 하부 캡(8)을 연결시키과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 하부 캡(8)의 각 중공관 지지부(8b)에 연결시키는 하부 캡 연결 단계로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 나권형 정삼투 분리막 모듈은 정삼투 분리막을 연결한 후 유도용액의 유로를 일직선으로 만들어 압력손실 및 흐름에 저항을 줄이고, 복수개의 홀이 뚫려있는 중공관을 포함하여 정삼투 분리막을 연결하여 내부로 유도용액의 유입을 원활히 하여 투과되는 유량을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 권취형 정삼투 분리막 모듈의 구조로서, (a)는 평면도, (b)는 3D 도면이고,
도 2는 센터파이프의 구조를 나타낸 것이고,
도 3은 센터파이프에 형성된 홀을 정삼투 분리막으로 감싸는 구조를 나타낸 것이고,
도 4는 상부 캡의 구조이고,
도 5는 하부 캡의 구조이고,
도 6은 중공관이 연결된 정삼투 분리막이 센터파이프에 연결된 구조이고,
도 7은 중공관이 연결된 각 정삼투 분리막을 센터파이프에 연결시키고, 이를 센터파이프의 둘레 방향을 따라 권취시킬 때의 구조이고,
도 8은 특허문헌 1에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 구조이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 정삼투 분리막을 이용한 나권형 분리막 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나권형 정삼투 분리막 모듈의 구조는 다음 도 1에 나타낸 바와 같으며, 이를 참조하면, 정삼투 분리막(1), 유도용액이 유, 출입되는 센터파이프(2), 상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3), 및 상기 정삼투 분리막(1), 센터파이프(2), 중공관(3)을 감싸는 커버(4)를 포함한다.
정삼투 분리막을 이용한 분리 공정은 공급액과 유도용액의 삼투압 차이를 이용해 담수를 회수하는 방식이다. 이때 정삼투 분리막은 막을 통해 공급액에서 유도용액으로 물의 유입이 잘 되게 하고, 반대로 유도용질의 이동은 제한시켜 높은 삼투압을 유지시키는데 중요한 역할을 한다.
따라서, 본 발명의 분리막 모듈에 포함되는 정삼투 분리막(1)은 이러한 원하는 분리 성능을 가지는 막이면 되는데, 주로 친수성 고분자를 사용해 정삼투 분리막을 제조한것을 사용하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 친수성 고분자를 이용한 정삼투 분리막의 예로는, 셀룰로오스 아세테이트(CA), 셀룰로오스 트리 아세테이트(CTA) 분리막이나 폴리아미드(PA)/폴리술폰(PSf)의 TFC(thin film composite) 분리막 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 분리막 모듈은 모듈 내부로 유도용액을 유입 및 유출시키는 센터파이프(2)를 포함한다. 본 발명에 따른 센터파이프(2)의 상세 도면을 나타낸 다음 도 2를 참조하면, 상기 센터파이프(2)에는 유도 용액의 원활한 유입을 위하여 그 둘레와 길이를 따라 일정 간격 이격된 위치에 다수의 홀(5)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 센터파이프(2)의 둘레 방향을 따라 형성되는 홀(5)의 개수는 사용되는 정삼투 분리막(1)에 따라 결정될 수 있는데, 이는 상기 센터파이프의 홀(5)들이 정삼투 분리막(1)과 분리막(1) 내에 위치하도록 하기 때문이다. 즉, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들은 1쌍의 정삼투 분리막(1)으로 감싸는 구조를 가짐으로써, 상기 센터파이프(2)에 형성된 각 홀(5)들을 상기 정삼투 분리막(1)의 내부에 위치하도록 한다. 구체적으로는 길이 방향으로 형성된 홀(5)들을 중앙에 두고, 마주하는 정삼투 분리막(1)의 일 단부를 센터파이프(2)에 붙인다. 그 다음, 상기 홀을 분리막(1) 사이에 오도록 감싼 다음, 상기 정삼투 분리막(1)의 나머지 단부와, 상하부를 접합시킴으로써 이루어지는 구조이다.
본 발명에서와 같이, 센터파이프(2)에 다수의 홀(5)을 형성하는 경우 유입되는 유도용액의 유로를 만들어 유도용액의 흐름에 대한 저항을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 내압성이 개선된 나권형 정삼투 분리막 모듈을 제공하는 효과를 가진다. 또한, 유도용액의 유입을 원활히 함으로써 투과되는 유량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향을 따라 형성되는 홀(5)의 개수는 크게 한정되지 않으며, 상기 홀(5)은 센터파이프(2)의 양 단부로부터 일정 거리(A, B) 이격된 위치로부터 시작되는 것이 바람직하다.
따라서, 다음 도 3의 구조에서와 같이, 센터파이프(2)를 통하여 유입된 유도용액은 상기 센터파이프(2)에 형성된 다수의 홀(5)을 통하여 정삼투 분리막(1)과 분리막(1) 사이에 고립시키는 구조이다.
이때, 상기 정삼투 분리막(1)으로 유입된 공급수가 삼투압 차이로 인해 상기 정삼투 분리막(1)을 통과하여 상기 유도용액 쪽으로 이동함으로써 유도용액을 희석시키게 되는 원리이다.
또한, 상기 센터파이프(2)에 형성된 홀(5)의 크기는 크게 한정되지 않으며, 유도용액의 원활하게 유입시킬 수 있는 정도면 무방하다. 또한, 상기 홀(5) 형성 방법은 크게 제한되지 않으며, 사용되는 센터파이프(2) 재질에 따라 공지된 방법으로 홀을 형성시킬 수 있다. 다만, 동일한 간격을 이격시킨 위치에서 홀들이 형성될 수 있으면 된다.
또한, 본 발명 모듈 구조에서, 상기 센터파이프(2)는 전단과 후단에 각각 상기 커버(4)를 씌울 수 있는 홈(6a, 6b)이 형성되어 있다.
상기 커버(4)는 공급액, 유도용액, 및 투과수가 유, 출입되는 것으로, 그 재료는 특별히 한정되지 않으며, 모듈 내부로 물이 유입되지 않도록 적절히 차단시킬 수 있고, 외부의 충격에 대하여 견딜 수 있는 정도의 강도를 가지는 것이면 어느 것이나 무방하다. 이러한 커버(4)는 상기 센터파이프(2)의 전단과 후단에 있는 홈(6a, 6b)에 끼워서 연결될 수 있다.
발명에 따른 분리막 모듈에는 상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3)을 포함한다.
상기 중공관(3)은 한 쌍의 정삼투 분리막(1)을 중공관(3)에 부착시킴으로써 연결된다. 상기 부착은 접착제 등을 이용하여 이루어질 수 있으며, 결과적으로 정삼투 분리막(1)의 일 단부는 센터파이프(2)에 다른 일 단부는 중공관(3)에 연결되는 구조이다.
또한, 본 발명에 따른 중공관(3)은 상기 정삼투 분리막(1)을 통과한 희석된 유도용액이 배출되도록 상기 센터파이프(2)와 같이 일정 간격 이격된 위치에서 다수의 중공관 홀(3a)을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중공관(3)에 형성된 중공관 홀(3a)의 크기는 크게 한정되지 않으며, 유도용액의 원활하게 유입시킬 수 있는 정도면 무방하다. 또한, 상기 중공관 홀(3a) 형성 방법은 크게 제한되지 않으며, 사용되는 중공관(3) 재질에 따라 공지된 방법으로 중공관 홀을 형성시킬 수 있다. 다만, 동일한 간격을 이격시킨 위치에서 중공관 홀들이 형성될 수 있으면 된다.
또한, 상기 중공관(3)의 하단부에는 상기 희석된 유도용액이 모아져서 배출되는 희석된 유도용액 배출 홀(3b)이 형성되어 있으며, 상기 배출 홀(3b)을 통과한 희석된 유도용액은 이하 설명되는 하부 캡(8)의 유로관(8c)으로 배출된다.
본 발명에서와 같이, 정삼투 분리막(1)의 단부에 중공관(3)을 설치하고, 상기 중공관(3)에 다수의 홀(3a, 3b)을 형성하는 경우 유도용액의 배출 유로를 만들어 유도용액의 흐름에 대한 저항을 최소화시킬 수 있다.
상기와 같이 센터파이프(2)에 중공관(3)이 연결된 정삼투 분리막(1)을 연결시킨 다음, 상기 센터파이프(2)의 유도용액 유입부(상단)와 유출부(하단)에 각각 상부 캡(7)과 하부 캡(8)을 연결시킨다.
상기 상부 캡(7)은 다음 도 4에서와 같이, 상기 센터파이프(2) 유입부와 연결되는 센터파이프 지지부(7a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(7b), 및 상기 센터파이프 지지부(7a)와 중공관 지지부(7b)를 연결 및 고정시키는 고정관(7c)을 포함한다. 즉, 상부 캡(7)은 센터파이프(2)와 중공관(3)을 연결시켜 이루어지는 구조이다.
이때, 상기 각 중공관 지지부(7b)의 상단(7d)은 상기 중공관(2)과 연결되기 때문에 공급액 유입 방지를 위해 폐쇄된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상부 캡(7)에 형성된 상기 센터파이프 지지부(7a)와 중공관 지지부(7b)를 연결 및 고정시키는 고정관(7c)은 실제 유로가 이동하는 통로로 사용되는 것이 아니기 때문에 그 내부가 중공일 필요는 없다. 따라서, 그 폭을 최소화시켜 고정관으로 사용할 수 있는 정도면 충분하다.
상기 하부 캡(8)은 다음 도 5에서와 같이, 상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(8b), 및 상기 센터파이프 지지부(8a)와 중공관 지지부(8b)를 연결 및 고정시키고, 각 중공관(3)을 통과한 희석된 유도용액의 배출을 위한 유로관(8c)을 포함한다.
이때, 상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a)의 상단(8d)은 희석된 유도용액이 센터파이프 내부로 유입되지 않도록 폐쇄된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
상기 하부 캡(8)의 유로관(8c)은 각 중공관(3)을 통과한 희석된 유도용액이 배출되기 위한 것이므로 내부가 비어있어야 하며, 희석된 유도용액이 원활하게 흐를 수 있는 정도의 폭을 가지는 것이 바람직하다.
다음으로는, 본 발명의 정삼투막 분리막을 이용한 나권형 분리막 모듈의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 센터파이프(2)의 둘레와 길이 방향으로 일정 간격 이격시킨 위치에서 다수의 홀(5)을 형성시키는 1단계, 1쌍의 정삼투 분리막(1)의 단부에 중공관(3)을 연결시키는 2단계, 상기 중공관(3)이 연결된 각각의 정삼투 분리막(1)을 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시키는 3단계, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시킨 각각의 정삼투 분리막(1)을 센터파이프(2)의 둘레 방향을 따라 권취시키는 4단계, 및 상기 권취된 분리막 모듈에 상부 캡(7), 커버(4), 하부 캡(8)을 순차적으로 연결시키는 제5단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 제1단계는 센터파이프(2)의 둘레와 길이 방향으로 일정 간격 이격시킨 위치에서 다수의 홀(5)을 형성시킨다. 이때 상기 센터파이프(2)의 상부와 하부에는 캡이 연결되므로, 상부와 하부에 캡이 연결될 수 있도록 일정한 간격을 이격시켜 홀이 형성되도록 한다. 상기 홀(5)은 사용되는 정삼투 분리막(1)에 따라 결정될 수 있으며, 홀의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 센터파이프(2)의 둘레 방향으로 형성된 각 홀(5)을 형성시키고, 상기 둘레 방향의 각 홀(5)을 기준으로 센터파이프(2)의 길이 방향으로 홀(5)을 형성시킨다. 따라서, 센터파이프(2)의 둘레방향으로 형성된 각 홀(5)과 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 홀(5)은 동일한 선상에 위치하게 된다.
제2단계는 1쌍의 정삼투 분리막(1)을 준비하고, 그 일 단부에 중공관(3)을 연결시킨다. 상기 중공관(3)에는 희석된 유도용액의 원활한 배출을 위해 일정한 간격으로 중공관 홀(3a)을 형성시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 중공관 홀(3a)을 통하여 배출된 희석된 유도용액을 모아서 하부 캡(8)의 유로관(8c)으로 배출되도록, 상기 중공관(3)의 하단부에 희석된 유도용액 배출 홀(3b)을 포함한다. 상기 배출 홀(3b)은 상기 중공관 홀(3a)과는 분리되는 구조를 가지도록 상기 중공관(3)의 길이 방향으로 형성된 각 중공관 홀(3a) 간의 거리보다 더 넓게 이격시키는 것이 바람직하다.
상기 정삼투 분리막(1)의 단부를 중공관(3)에 연결시키는 방법은 접착제 등을 이용할 수 있으나, 그 방법이 특별히 한정되지 않는다.
상기 중공관(3)이 연결된 정삼투 분리막(1)은 센터파이프(2)에 형성된 홀(5)들을 감싸는 구조를 가지므로, 중공관(3)이 연결된 정삼투 분리막(1)의 개수도 센터파이프(2)의 둘레 방향으로 형성된 홀(5)의 개수와 동일하게 준비하는 것이 바람직하다.
제3단계는 다음 도 6에서와 같이, 상기 제2단계에서 중공관(3)이 연결된 각각의 정삼투 분리막(1)을 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시킨다. 따라서, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들은 1쌍의 정삼투 분리막(1)의 내부에 위치하게 된다. 이는 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 상기 정삼투 분리막(1)의 내부로 통과하도록 하기 위함이다.
제4단계는, 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시킨 각각의 정삼투 분리막(1)을 센터파이프(2)의 둘레 방향을 따라 권취시켜 분리막 모듈을 제조한다.
이는 다음 도 7에서는 센터파이프(2)의 둘레 방향으로 8개의 홀이 형성되어 있으며, 상기 8개의 홀 하나를 기준으로 다시 센터파이프(2)의 길이 방향으로 동일 선상에 다수의 홀이 형성되어 있는 구조이다.
이들 길이 방향으로 동일 선상에 형성된 홀들은 중공관(3)이 연결된 1쌍의 정삼투 분리막(1)에 의해 감싼 구조를 가지므로, 결과적으로 8쌍의 정삼투 분리막(1)이 센터파이프(2)의 홀들을 감싼 구조로 권취되어 있다.
제5단계는, 상기 권취된 분리막 모듈에 상부 캡(7), 커버(4), 하부 캡(8)을 순차적으로 연결시킨다.
상부 캡(7) 연결은 상기 센터파이프(2)의 유입부(상단)에 센터파이프 지지대(7a)을 연결시킴과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 상부 캡(7)의 각 중공관 지지부(7b)에 연결시킨다.
따라서, 센터파이프(2)와 각 중공관(2)은 각각 상부 캡의 센터파이프 지지대(7a)와 중공관 지지부(7b)와 연결되므로, 정삼투 분리막의 길이보다 상, 하 다소 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 분리막 모듈에 상부 캡(7)을 연결시킨 다음, 커버(4)를 결합시킨다. 상기 커버(4)는 센터파이프(2)의 상단과 하단에 형성된 홈(6a, 6b)에 커버(4)의 홈(도식되지 않음)을 맞추어 결합시킬 수 있다.
다음으로, 상기 커버(4)가 결합된 분리막 모듈의 센터파이프(2)에 하부 캡(8)을 연결시킨다. 하부 캡(8) 연결은, 상기 센터파이프(2)의 유출부(하단)에 센터파이프 지지대(8a)을 연결시킴과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 하부 캡(7)의 각 중공관 지지부(8b)에 연결시킨다.
상기 하부 캡(8) 연결시, 상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a)의 상단(8d)은 희석된 유도용액이 센터파이프(2) 내부로 유입되지 않도록 폐쇄된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 권취형 정삼투 분리막 모듈을 이용한 분리 과정을 다음 도 1의 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 분리시키고자 하는 공급액은 해수를 이용하였고, 유동용액은 공지된 암모늄 바이카보네이트를 이용하였다.
본 발명에 따른 분리막 모듈의 센터파이프(2)로 상기 유도용액을 유입시킨다. 공급액인 해수는 상기 모듈 상부의 센터파이프(2)를 제외한 정삼투 분리막을 통하여 유입된다. (다음 도 1에서, 검은 화살표는 유도용액의 흐름 방향이고, 흰 화살표는 공급액의 흐름 방향이다)
상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액은 상기 센터파이프(2)에 형성된 다수의 홀(5)에 의해 유도용액의 유로를 형성시켜, 정삼투 분리막(1)으로 빠르게 유입된다. 또한, 상기 센터파이프(2)에 형성된 다수의 홀(5)은 정삼투 분리막(1) 안에 갖힌 구조를 가지므로, 상기 유도용액이 정삼투 분리막(1) 밖으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 정삼투 분리막(1)으로 유입된 공급액 중의 물은 유도용액과의 삼투압 차이로 인해, 상기 정삼투 분리막(1)을 통과하여 유도용액 쪽으로 이동하게 된다. 상기 공급액 중의 물이 유도용액으로 이동함에 따라, 상기 유도용액의 농도는 처음 농도에 비해 희석된다.
상기 희석된 유도용액은 각 정삼투 분리막(1)의 단부에 형성된 각 중공관(3)에 모이게 되고, 상기 중공관(3)에 형성된 중공관 홀(3a)를 따라 흐르면서 상기 각 중공관(3) 하단부의 희석된 유도용액 배출 홀(3b)을 통하여 배출된다. 상기 정삼투 분리막(1)을 통과한 희석된 유도용액은 중공관(3)에 형성된 중공관 홀(3a)이 유로를 만들어 희석된 유도용액이 효과적으로 배출되도록 한다.
상기 배출된 희석된 유도용액은 각 중공관(3)과 연결된 하단 캡(8)의 중공관 지지부(8b)로 연결되어, 중공관 지지부(8b)와 연결된 유로관(8c)을 따라 배출된다.
상기 유로관(8c)을 따라 배출된 희석된 유도용액은 센터파이프 지지부(8a)의 상단(8d)이 폐쇄된 구조를 가지기 때문에 센터파이프(2) 내부로 유입되지 않고 배출될 수 있다.
또한, 정삼투 분리막(1)으로 유입된 공급액인 해수는 물이 유도용액으로 이동하여 농축된 상태로 정삼투 분리막(1) 밖으로 배출된다.
1 : 정삼투 분리막 2 : 센터파이프
3 : 중공관 3a : 중공관 홀
3b : 희석된 유도용액 배출 홀
4 : 커버 5 : 센터파이프 홀
6a, 6b : 센터파이프의 커버 연결 홈
7 : 상부 캡 7a : 센터파이프 지지부
7b : 중공관 지지부 7c : 고정관
7d : 중공관 지지부 상단
8 : 하부 캡 8a : 센터파이프 지지부
8b : 중공관 지지부 8c : 유로관
8d : 센터파이프 지지부 상단

Claims (14)

  1. 정삼투 분리막(1),
    유도용액이 유, 출입되는 센터파이프(2),
    상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3), 및
    상기 정삼투 분리막(1), 센터파이프(2), 중공관(3)을 감싸는 커버(4)를 포함하는 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정삼투 분리막(1)의 일 단부는 상기 센터파이프(2)에 연결되고, 다른 일 단부에는 중공관(3)이 연결되는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센터파이프(2)에는 유도 용액의 유입을 위하여 상기 센터파이프(2)의 둘레와 길이를 따라 일정 간격 이격된 위치에서 다수의 홀(5)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들은 1쌍의 정삼투 분리막(1)으로 감싸는 구조를 가짐으로써, 상기 센터파이프(2)에 형성된 각 홀(5)들을 상기 정삼투 분리막(1)의 내부에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  5. 제 1항에 있어서
    상기 센터파이프(2)의 전단과 후단에는 각각 상기 커버(4)와 결합되는 홈(6a, 6b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  6. 제 1항에 있어서
    상기 분리막 모듈은 상기 센터파이프(2)의 유도용액 유입부와 유출부에 각각 상부 캡(7)과 하부 캡(8)이 연결되는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상부 캡(7)은 상기 센터파이프(2) 유입부와 연결되는 센터파이프 지지부(7a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(7b), 및 상기 센터파이프 지지부(7a)와 중공관 지지부(7b)를 연결 및 고정시키는 고정관(7c)을 포함하는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 각 중공관 지지부(7b)의 상단(7d)은 공급액 유입 방지를 위해 폐쇄된 구조를 가지는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 하부 캡(8)은 상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a), 각 중공관에 연결되는 중공관 지지부(8b), 및 상기 센터파이프 지지부(8a)와 중공관 지지부(8b)를 연결 및 고정시키고, 각 중공관(3)을 통과한 희석된 유도용액의 배출을 위한 유로관(8c)을 포함하는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 센터파이프(2) 유출부와 연결되는 센터파이프 지지부(8a)의 상단(8d)은 희석된 유도용액이 센터파이프 내부로 유입되지 않도록 폐쇄된 구조를 가지는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 중공관(3)에는 희석된 유도용액의 원활한 배출을 위해 일정한 간격으로 이격된 위치에 형성된 중공관 홀(3a), 및 상기 중공관 홀(3a)을 통하여 배출된 희석된 유도용액을 모아서 하부 캡(8)의 유로관(8c)으로 배출되도록 상기 중공관(3)의 하단부에 희석된 유도용액 배출 홀(3b)을 포함하는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  12. 제 1항에 있어서
    상기 커버(4)는 공급액, 유도용액, 및 투과수가 유, 출입되는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈.
  13. 센터파이프(2)의 둘레와 길이 방향으로 일정 간격 이격시킨 위치에서 다수의 홀(5)을 형성시키는 1단계,
    1쌍의 정삼투 분리막(1)의 단부에 중공관(3)을 연결시키는 2단계,
    상기 중공관(3)이 연결된 각각의 정삼투 분리막(1)을 상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시키는 3단계,
    상기 센터파이프(2)의 길이 방향으로 형성된 각 동일 선상의 홀(5)들을 감싸도록 부착시킨 각각의 정삼투 분리막(1)을 센터파이프(2)의 둘레 방향을 따라 권취시키는 4단계, 및
    상기 권취된 분리막 모듈에 상부 캡(7), 커버(4), 하부 캡(8)을 순차적으로 연결시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나권형 정삼투 분리막 모듈의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제5단계는 상기 센터파이프(2)에 상부 캡(7)을 연결시킴과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 상부 캡(7)의 각 중공관 지지부(7b)에 연결시키는 상부 캡 연결 단계,
    상기 상부 캡(7)이 연결된 분리막 모듈에 커버(4)를 결합시키는 단계, 및
    상기 커버(4)가 결합된 분리막 모듈의 센터파이프(2)에 하부 캡(8)을 연결시키과 동시에, 정삼투 분리막(1)에 연결된 각 중공관(3)을 상기 하부 캡(8)의 각 중공관 지지부(8b)에 연결시키는 하부 캡 연결 단계로 이루어지는 것인 나권형 정삼투 분리막 모듈의 제조방법.
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