KR101618454B1 - 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈 - Google Patents

Abstract

정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관은 양단이 개방되고 복수 개의 제1통과공이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공형의 제1관; 양단이 개방되고 복수 개의 제2통과공이 길이방향을 따라 관통형성되며, 상기 제1관의 후단에 배치되는 중공형의 제2관; 및 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결하는 연결부재;를 포함하고, 상기 연결부재는 양 단부가 밀폐되어 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결함과 동시에 유체가 제1관으로부터 제2관측으로 직접 이동하는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행한다.

Description

삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈{Perforated flux pipe and forward osmosis or pressure retarded osmosis module comprising the same}

본 발명은 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 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.

이 중 정삼투(FO) 방식은 낮은 농도의 용액이 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 유출관 등이 역삼투법에 사용되는 그것과는 구별되는 특징이 있다. 따라서 정삼투법에 적용되는 분리막, 유출관 등은 역삼투막에 적용되기 어렵다.

한편, 삼투압 발전은 염도차가 있는 두 흐름이 만나는 곳에서의 삼투압 작용을 이용하여 전력을 생산하는 것을 의미하며, 27bar의 삼투압을 가지는 해수와 0에 가까운 삼투압을 가지는 강물이 만나는 곳에서의 27bar 삼투압이 전력생산에 이용될 수 있다.

상기 전력생산은 압력지연삼투(PRO) 방식을 사용한다. 압력지연 삼투방식을 이용하여 고농도의 해수쪽을 삼투압보다 낮은 압력으로 가해주면, 압력을 이겨내고 삼투현상에 의해 물이 막을 투과하게 된다. 이때, 가한 압력과 투과한 물을 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하게 되는 것이다.

상기 압력지연삼투는 원수에 삼투압 이상의 압력을 가해주는 역삼투 방식보다 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 고염도의 물쪽에 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 없다.

종래의 정삼투 또는 압력지연 삼투에 사용되는 유출관(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 유입된 유체가 격벽(3)에 의해 흐름 경로가 변경된 후 유출홀(2)을 통해 분리막 측으로 배출되는 구조이다.

즉, 종래의 유출관(1)은 내부의 중간부에 유체의 흐름 경로를 변경하기 위한 격벽(3)이 형성된다. 이를 위해, 종래에는 유출관의 내부 중간지점에 별도의 파이프를 삽입한 후 접착제를 채워 경화시키는 방식으로 제작되었다.

그러나, 접착제가 경화되는데 걸리는 시간은 통상 8시간 이상이 소요되므로 다량의 모듈을 생산하는 경우 생산성이 떨어지고 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.

또한, 접착제에 의한 격벽의 형성시 리크에 대한 불량과 사용과정에서 접착제의 용출에 대한 잠재적인 위험성이 존재하였다.

본 발명의 일 실시예는 연결부재를 통한 부재의 결합시 결합 역할과 격벽의 역할을 동시에 수행할 수 있는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양단이 개방되고 복수 개의 제1통과공이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공형의 제1관; 양단이 개방되고 복수 개의 제2통과공이 길이방향을 따라 관통형성되며, 상기 제1관의 후단에 배치되는 중공형의 제2관; 및 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결하는 연결부재;를 포함하고, 상기 연결부재는 양 단부가 밀폐되어 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결함과 동시에 유체가 제1관으로부터 제2관측으로 직접 이동하는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 제공한다.

이때, 상기 연결부재는 일정길이를 갖도록 구비되고, 전체 길이 중 일부가 상기 제1관의 단부에 결합되고 나머지가 상기 제2관의 단부에 결합될 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 외부로 노출되지 않도록 상기 제1관 및 제2관의 단부에 각각 삽입될 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 상기 제1관 및 제2관의 단부에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 상기 제1관 및 제2관의 단부에 억지끼움될 수 있다.

이때, 상기 제1관 및 연결부재의 접촉면과 상기 제2관 및 연결부재의 접촉면 상에는 적어도 하나의 기밀부재가 배치될 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 길이방향을 따라 나사부가 구비되어 상기 제1관 및 제2관의 단부와 나사결합될 수 있다.

이때, 상기 연결부재는 상기 제1관과의 결합을 위한 제1나사부와 상기 제2관과의 결합을 위한 제2나사부가 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1나사부 및 제2나사부는 서로 반대방향으로 구비될 수 있다.

이때, 상기 연결부재의 길이중간에는 외측으로 일정길이 돌출되는 판상의 멈춤판이 둘레방향을 따라 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 정삼투용 다공성 유출관; 및 상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈을 제공한다.

더욱이, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 압력지연 삼투용 다공성 유출관; 및 상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 압력지연 삼투 모듈을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관은 연결부재를 통한 결합을 통해 유출관의 내부에 격벽을 형성할 수 있다.

도 1은 종래의 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 전체사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 절개사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 절개사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 절개사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 직렬연결된 상태에서 유체의 흐름경로를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 적용된 삼투 모듈을 나타낸 종단면도이다.
도 8은 도 7의 부분절개도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200,300)을 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200,300)은 제1관(110), 제2관(120) 및 연결부재(130,230,330)를 포함한다.

상기 제1관(110)은 삼투 모듈(10)의 길이방향을 따라 중앙부를 가로지르도록 설치되는 것으로, 외부로부터 유입된 유체가 길이방향을 따라 이송되면서 외주면을 감싸고 있는 분리막(30) 측으로 유입되도록 하는 이송관의 역할을 수행한다.

이러한 제1관(110)은 양단부가 개방되고 일정길이를 갖는 중공형의 관부재로 구비되며, 외주면에는 길이방향을 따라 관통형성되는 복수 개의 제1통과공(112)이 구비된다. 이에 따라, 상기 제1관(110)의 전단 측으로 유입된 유체는 상기 제1통과공(112)을 통해 분리막(30) 측으로 유입된다.

상기 제2관(120)은 상기 제1관(110)의 후단에 배치되며, 제1관(110)과 마찬가지로 상기 삼투 모듈(10)의 길이방향을 따라 중앙부를 가로지르도록 설치된다.

이러한 제2관(120)은 분리막(30)으로부터 내부로 유입된 유체를 후방측으로 이송하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 상기 제2관(120)은 양단부가 개방되고 일정길이를 갖는 중공형의 관부재로 구비된다. 그리고, 상기 제2관(120)의 외주면에는 길이방향을 따라 관통형성되는 복수 개의 제2통과공(122)이 구비된다. 이에 따라, 상기 분리막(30)으로부터 제2통과공(122)을 통해 제2관(120)의 내부로 유입된 유체는 제2관(120)의 후방 측으로 이송된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200,300)은 제1관(110) 및 제2관(120)이 삼투 모듈(10)의 중앙부를 가로지르도록 설치되며, 제1관(110)은 외부로부터 유입된 유체를 제1통과공(112)을 통해 분리막(30) 측으로 이송시키고, 제2관(120)은 분리막(30)으로부터 제2통과공(122)을 통해 제2관(120)의 내부로 유입된 유체를 후방 측으로 이송하는 역할을 각각 수행하게 된다.

이때, 서로 일직선상에 배치되는 제1관(110) 및 제2관(120)은 하나의 연결부재(130,230,330)를 통해 서로 이웃하는 단부가 상호 결합된다.

즉, 상기 연결부재(130,230,330)는 일정길이를 갖도록 구비되고 전체 길이 중 일부가 상기 제1관(110)의 단부에 결합되고 나머지가 상기 제2관(120)의 단부에 각각 결합된다.

그리고, 상기 연결부재(130,230,330)는 양 단부가 밀폐되어 유체가 내부를 통과하지 못하도록 구비되며, 상기 연결부재(130,230,330)는 제1관(110) 및 제2관(120)의 결합시 외부로 노출되지 않도록 상기 제1관(110) 및 제2관(120)의 단부에 각각 삽입된다.

이를 통해, 본 발명의 일실시예에 따른 연결부재(130,230,330)는 상기 제1관(110) 및 제2관(120)을 상호 연결함과 동시에 제1관(110)으로 유입된 유체가 제2관(120) 측으로 직접 이동하는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200,300)은 제1관(110) 및 제2관(120)이 연결부재(130,230,330)에 의한 기계적인 결합을 통해 별다른 추가작업을 할 필요없이 제1관(110)과 제2관(120)의 내부를 구획하는 격벽을 형성할 수 있게 된다.

이로 인해, 상기 제1관(110)의 내부로 유입된 모든 유체는 상기 연결부재(130,230,330)에 의해 제2관(120)측으로의 이동이 차단됨으로써 제1통과공(112)을 통해 모두 분리막(30) 측으로 이동되어 삼투 작용이 일어난 후 제2통과공(122)을 통해 제2관(120)의 내부로 유입될 수 있게 된다.

이와 같은 연결부재(130,230,330)는 양단부가 제1관(110) 및 제2관(120)의 단부에 각각 착탈가능하게 결합될 수 있다.

즉, 상기 연결부재(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 양 단부측이 상기 제1관(110)의 후단 및 제2관(120)의 전단 측에 각각 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다. 이와 같이 상기 연결부재(130)가 억지끼움방식으로 결합되는 경우 상기 제1관(110) 및 연결부재(130)의 접촉면과 상기 제2관(120) 및 연결부재(130)의 접촉면 상에는 적어도 하나의 기밀부재(132)가 배치되어 틈새를 통한 유체의 누설을 방지할 수 있다.

한편, 상기 연결부재(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 외부면에 길이방향을 따라 나사부(232,234)가 구비되어 상기 제1관(110) 및 제2관(120)의 단부와 각각 나사결합될 수도 있다. 여기서, 상기 제1관(110)의 내부면 및 제2관(120)의 내부면에는 상기 연결부재(230)의 나사부와 대응되는 나사부가 각각 형성된다.

이때, 상기 연결부재(230)는 나사부가 상기 제1관(110)과의 결합을 위한 제1나사부(232)와 상기 제2관(120)과의 결합을 위한 제2나사부(234)로 구비되고, 상기 제1나사부(232) 및 제2나사부(234)는 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 연결부재(230)의 제1나사부(232)를 통해 제1관(110)과 연결된 상태에서 제2나사부(234)를 통해 상기 연결부재(230)와 제2관(120)을 결합하는 과정에서 제2관(120)을 회전시키더라도 연결부재(230)에 기결합된 제1관(110)이 회전에 의해 풀리는 것을 미연에 방지함으로써 체결력을 더욱 더 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 제1관(110) 및 제2관(120)의 단부에 각각 일정길이 체결되는 연결부재(330)는 길이중간에 외측으로 일정길이 돌출되는 판상의 멈춤판(140)이 둘레방향을 따라 구비될 수도 있다. 바람직하게는, 상기 멈춤판(140)은 상기 연결부재(330)의 절반 지점에 구비된다.

이에 따라, 상기 연결부재(330)를 제1관(110) 및 제2관(120)의 단부 측에 각각 결합하는 과정에서 상기 멈춤판(140)에 의해 제1관(110)의 내부로 삽입되는 길이와 제2관(120)의 내부로 삽입되는 길이가 서로 동일한 길이로 삽입될 수 있도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200,300)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 귄취되는 다수 개의 분리막(30)이 배치되고 이를 수용하는 별도의 외부케이스(20)가 제공되는 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투 모듈(10)을 구성할 수 있다.

여기서, 분리막(30)은 정삼투용 또는 압력지연용 모두 사용될 수 있으며 2장의 분리막이 겹쳐져 포켓 형상을 이루는 통상적인 구성이므로 상세한 설명은 생략한다. 더불어, 상기 외부케이스(20) 역시 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투 모듈에 사용되는 통상적인 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100,200,300 : 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관
110 : 제1관 112 : 제1통과공
120 : 제2관 122 : 제2통과공
130,230,330 : 연결부재 132 : 기밀부재
232 : 제1나사부 234 : 제2나사부
140 : 멈춤판

Claims (11)

1. 삭제
2. 양단이 개방되고 복수 개의 제1통과공이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공형의 제1관;
   양단이 개방되고 복수 개의 제2통과공이 길이방향을 따라 관통형성되며, 상기 제1관의 후단에 배치되는 중공형의 제2관; 및
   상기 제1관 및 제2관을 상호 연결하는 연결부재;를 포함하고,
   상기 연결부재는 양 단부가 밀폐되어 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결함과 동시에 유체가 제1관으로부터 제2관측으로 직접 이동하는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행하고,
   상기 연결부재는 일정길이를 갖도록 구비되고, 전체 길이 중 일부가 상기 제1관의 단부에 결합되고 나머지가 상기 제2관의 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결부재는 외부로 노출되지 않도록 상기 제1관 및 제2관의 단부에 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
4. 양단이 개방되고 복수 개의 제1통과공이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공형의 제1관;
   양단이 개방되고 복수 개의 제2통과공이 길이방향을 따라 관통형성되며, 상기 제1관의 후단에 배치되는 중공형의 제2관; 및
   상기 제1관 및 제2관을 상호 연결하는 연결부재;를 포함하고,
   상기 연결부재는 양 단부가 밀폐되어 상기 제1관 및 제2관을 상호 연결함과 동시에 유체가 제1관으로부터 제2관측으로 직접 이동하는 것을 차단하는 격벽의 역할을 수행하고,
   상기 연결부재는 상기 제1관 및 제2관의 단부에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 제1관 및 제2관의 단부에 억지끼움되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1관 및 연결부재의 접촉면과 상기 제2관 및 연결부재의 접촉면 상에는 적어도 하나의 기밀부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 연결부재는 길이방향을 따라 나사부가 구비되어 상기 제1관 및 제2관의 단부와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 제1관과의 결합을 위한 제1나사부와 상기 제2관과의 결합을 위한 제2나사부가 길이방향을 따라 형성되고, 상기 제1나사부 및 제2나사부는 서로 반대방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
9. 제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연결부재의 길이중간에는 외측으로 일정길이 돌출되는 판상의 멈춤판이 둘레방향을 따라 구비되는 것을 특징으로 하는 삼투용 다공성 유출관.
10. 제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 다공성 유출관; 및
    상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈.
11. 제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 삼투용 다공성 유출관; 및
    상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 압력지연 삼투 모듈.

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