KR102259093B1 - 여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치 - Google Patents

여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 여과막 손상 판단 장치는 배관을 통해 복수의 여과막을 가지는 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입부, 상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 압력 센서 및 상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 상기 기체 주입부를 통해 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 기체 주입부의 작동을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 손상 판단부를 포함할 수 있다.

Description

여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치{Filter membrane damage determination method and mobile filtration membrane damage determination device using the same}
본 발명은 여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 여과막에 주입되는 총 기체의 양과 실시간으로 센서에 의해 취득한 배관 내부 기체의 압력 값을 비교하여 여과막의 손상 여부를 판단할 수 있는 기술에 관한 발명이다.
전세계적으로 산업이 발달함에 따라 상수원 오염이 심각해지고 있으며, 이에 따라 정수 수질에 대한 관심이 높아지고 고도의 정수처리에 대한 요구 증가하고 있다. 이러한 요구에 따라서 기존의 정수처리시설에 대한 보완이나 새로운 여과장치 및 여과 공정의 도입이 시도되고 있다. 그러나 기존의 정수시설의 보완이나 새로운 고도 정수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보, 비용 등 여러 가지 어려움이 뒤따른다. 이에 안정된 수질뿐만 아니라 운전 및 유지관리가 용이한 고도 정수처리 공정이 제시되고 있다.
이같이 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 정수시키는 정수처리 공정으로서 막여과를 이용한 수처리 방법이 잘 알려져 있다. 이러한 막여과 수처리 방법은 선택적 투과기능을 갖는 여과막(membrane)을 이용하여 원수 내의 오염물질을 분리하는 방법이다. 이는 원수에 포함되어 있는 일정 크기 이상의 현탁 물질을 확실하게 제거할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이러한 공정에서는 여과막의 표면에 오염물질이나 고형물 등에 의한 부착층이 생겨 막여과 성능이 저하된다. 이 경우 물 역세척 및 공기 역세척 등의 물리세척이나 약품을 이용하여 분해 또는 용해시키는 화학세척을 통해 여과막을 세척함으로써 그 막여과 성능을 다시 회복할 수 있다.
통상적으로 정수시설의 여과장치에 사용되는 여과막은 수백 내지 수천 개의 중공사로 이루어져 있다. 이러한 중공사 형태의 여과막은 원수에 함유된 현탁 물질이나 세균류 등을 제거할 수 있는 막으로서, 예를 들어 구멍의 지름이 0.01~0.5㎛인 정밀 여과막이 주로 사용된다. 그런데 양호한 정수 수질을 꾸준히 유지하기 위해서는 여과막의 손상이 있는지 여부를 수시로 확인하는 것이 중요하다. 왜냐하면 어떠한 원인에 의해 여과막의 일부에 손상이 발생한 경우 여과막에서 오염물질이 누설되어 여과 기능이 제대로 작동하지 않을 가능성이 높기 때문이다. 따라서 막여과 공정에서 여과막의 손상을 빨리 감지하고 대처하는 것이 점점 중요해지고 있다.
종래 기술에 따른 여과막의 손상 검지방법으로 막 모듈의 1차측과 2차측이 기체와 액체인 조건에서 1차측에 공기를 주입하는 방법 또는 1차측과 2차측을 기체 및 액체로 유지하여 1차측 또는 2차측에 공기를 주입하는 방법을 적용하여 여과막의 손상을 감지하는 기술이 활용되고 있다.
이러한 기술들은 막 모듈의 1차측 및 2차측을 기체-액체 또는 액체-기체 상태에서 여과막의 손상을 감지한다. 이 경우 가압 공기가 여과막의 손상 부분을 통해 기체상태에서 액체 상태 쪽으로 압력차에 의해 이동하게 되는데, 기체가 액체쪽으로 이동할 때 밀도와 공기압의 분압 등에 의한 저항이 생겨 공기압의 변화율이 크지 않고, 이에 따라 여과막에 손상이 있더라도 공기압의 변화가 작기 때문에 여과막 손상을 정확하게 판단하기 어려운 문제가 존재한다. 또한, 막여과가 진행됨에 따라 총 여과 저항 값이 높아지면서 측정 감도가 저하되는 문제점 또한 존재한다.
또한, 수처리장에는 수십개 또는 수백개의 막 모듈이 존재하는데, 종래 기술의 경우 막 모듈 마다 개별적으로 센서를 부착하여 막 모듈 내에 존재하는 여과막의 손상 여부를 판단하다 보니, 시간이 오래 걸리고 그 비용 또한 과도하게 발생하는 문제점이 존재하였다.
대한민국 공개 특허 제10-2018-0119183호
따라서, 일 실시예에 따른 여과막 손상 진단 방법 및 이를 이용한 이동현 여과막 손상 진단 장치는 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 공기압의 변화율이 아닌 막 모듈에 주입된 기체의 총 양을 기준으로 여과막의 손상 여부를 판단할 수 있는 여과막 손상 진단 방법 및 장치를 제공하기 위함이다.
구체적으로, 여과막 모듈에 일정 기준에 따라 기체를 가압한 후, 변화되는 압력의 변화를 감지하여 여과막 모듈에 손상이 존재하는지 판단할 수 있는 여과막 손상 진단 방법 및 그 장치를 제공하기 위함이다.
일 실시예에 따른 여과막 손상 판단 장치는 배관을 통해 복수의 여과막을 가지는 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입부, 상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 압력 센서 및 상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 상기 기체 주입부를 통해 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 기체 주입부의 작동을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 손상 판단부를 포함할 수 있다.
상기 손상 판단부는, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값의 차이의 절대값이 상기 초기 설정 압력 값을 기준으로 미리 설정된 퍼센트 값을 초과하는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 미리 설정된 퍼센트는 - 5 % 내지 +5% 범위를 포함할 수 있다.
상기 손상 판단부는, 상기 기체 주입부가 상기 막 모듈 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있다.
상기 기체 주입부와 상기 압력 센서는 상기 막 모듈로부터 탈부착이 가능하도록 구성되며, 상기 이동형 여과막 손상 여부 감지 장치는, 상기 막 모듈과 별도로 구성되어 이동이 가능한 형태로 제작될 수 있다.
상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 압전 센서를 더 포함하고, 상기 압전 센서에 의해 변환된 전기적 신호로부터 상기 배관의 기계적 임피던스 값을 산출하고, 상기 임피던스 값의 변화를 기초로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있다.
상기 손상 판단부는, 상기 산출된 임피던스 값의 변화가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단할 수 있다.
상기 막 모듈이 복수 개 존재하는 경우, 상기 복수 개의 막 모듈의 외벽에 각각 부착되어 상기 막 모듈의 기계적 진동을 전기적 신호로 검출하는 복수 개의 압전체를 더 포함할 수 있다.
상기 손상 판단부는, 상기 전기적 신호로부터 공진주파수를 측정하고, 상기 막 모듈이 정상 상태인 경우에서의 공진주파수와 상기 측정된 공진주파수를 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있다.
다른 실시예에 따른 이동형 여과막 손상 판단 장치는 배관을 통해 연결되어 있는 복수 개의 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입부, 상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 센서부 및 상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 상기 기체 주입부를 통해 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 기체 주입부의 작동을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 손상 판단부를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 여과막 손상 판단 방법은 배관을 통해 복수의 여과막을 가지는 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입 단계, 상기 배관의 일 면에 부착되어 있는 센서를 통해 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 단계, 상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하는 단계 및 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 막 모듈 내부로 기체의 주입을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계는, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값의 차이의 절대값이 상기 초기 설정 압력 값을 기준으로 미리 설정된 퍼센트 값을 초과하는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미리 설정된 퍼센트는 - 5 % 내지 +5% 범위를 포함할 수 있다.
상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계는, 상기 막 모듈 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 여과막 손상 판단 방법은, 상기 배관의 일 면에 부착되어 있는 압전체를 이용하여 상기 배관의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 단계 및 상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 배관의 기계적 임피던스 값을 산출하고, 상기 임피던스 값의 변화를 기초로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치는 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 센서에 의해 취득한 압력 값과 기체 주입 총량을 기준으로 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있어, 보다 효과적으로 많은 종류의 막 모듈의 손상 여부를 빠르게 감지할 수 있으며, 이에 따라 소형으로 이동 가능한 여과막 손상 진단 장치를 구현할 수 있다.
또한, 종래 기술과 다르게 막 모듈 내부의 기체 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하지 않고 주입되는 총 기체의 양을 기준으로 손상 여부를 판단하므로, 종래 기술에 따라 막 모듈 내부에서 일어나는 기체-액체 치환의 불균등 현상으로 인해 측정값의 정확도가 떨어지는 문제를 사전에 미리 방지할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 막 모듈 내부로 주입되는 기체의 양을 기준으로 판단하는 방법과 더불어 배관에 부착되는 압전 센서를 이용하여 막 모듈의 손상 여부를 동시에 측정할 수 있으므로 보다 정확하게 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있는 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막 모듈의 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동형 여과막 손상 진단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 4 내지 도 6은 손상이 없는 막 모듈과 손상이 있는 막 모듈에 대해 본 발명에 따른 실험 수행 결과 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 도 4 내지 도 6에서의 주요 값을 표로 정리한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 주파수 변화에 따른 임피던스의 변화율을 도시한 그래프이다.
도 9는 도 8의 그래프를 분석하여 메이저 피크(Major Peak)와 추정 압력간의 관계를 도시한 도면이다.
도 10과 도 11는 제4막 모듈을 기준으로 한 실험 결과를 표와 그래프로 도시한 도면이다.
도 12와 도 13은 제 5막 모듈을 기준으로 한 실험 결과를 표와 그래프로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 15는 정상 상태의 막 모듈 내부에 기체를 주입한 경우를 나타낸 도면이다.
도 16은 손상된 막 모듈 내부에 기체를 주입한 경우를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시 예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함하며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성 요소를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막 모듈의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동형 여과막 손상 진단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 여과막 손상 시스템(10)은 복수 개의 막 모듈(110) 및 막 모듈(110) 내부의 여과막의 손상 여부를 판단하는 이동형 여과막 손상 진단 장치(200)를 포함할 수 있다.
이동형 여과막 손상 진단 장치(200)는 복수 개의 막 모듈(110)과 연결되어 있는 배관(130)을 통해 기체를 주입하는 기체 주입부(210), 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관 내부의 압력 및 배관의 기계적 진동을 감지하는 센서부(220) 및 막 모듈(110)의 손상을 판단하는 손상 판단부(230) 등을 포함할 수 있다.
막 모듈(110)은 도2에 도시한 바와 같이, 기본적으로 하우징(111)과 상기 하우징(111) 내에 구비되는 복수의 여과막(112)으로 구성된다. 이 때, 여과막(112)은 정수처리 및 해수담수화처리 등의 제반 수처리에 사용되는 정밀여과막(microfiltration), 한외여과막(ultrafiltration)을 포함하며, 일 실시예로 중공사 형태로 구성될 수 있다.
막 모듈(110)은 상기 여과막(112)의 표면을 기준으로 여과막(112) 외부의 1차측(113)과 여과막(112) 내부의 2차측(114)으로 구분된다. 또한, 막 모듈(110)의 일단은 원수조(101)와 연결되고, 다른 일단은 처리수조(103)와 연결된다. 이와 같은 구성에 의해, 원수조(101)의 원수는 원수 공급배관(102)을 통해 상기 막 모듈(110)의 1차측(113)으로 공급될 수 있으며, 1차측(113)에 공급된 원수는 여과막(112)에 의해 여과되어 원수 내의 오염물질은 여과막(112)에 걸러지고 처리수는 여과막(112)을 투과하여 여과막(112) 내부 공간인 2차측(114)으로 공급될 수 있고, 2차측(114)의 처리수는 처리수배출 배관(104)을 통해 최종적으로 상기 처리수조(103)로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 목적인 여과막(112) 손상 감지를 위해 상기 1차측(113) 또는 2차측(114)에는 기체 주입부(210)에 의해 일정 압력의 기체(일 실시예로, 공기)가 공급될 수 있으며, 공급되는 기체의 압력을 측정하기 위한 공압계, 수압계가 구비될 수 있다. 이 때, 기체는 기체 주입부(210)로부터 공급되며, 기체가 공급되는 경우 별도의 제 1 및 제 2 기체공급배관(151, 152)이 구비될 수 있다.
여과막 손상 진단 장치(200)는 기체 주입부(210), 센서부(220), 손상 판단부(230), 저장부(240) 및 통신부(250) 등을 포함할 수 있다.
기체 주입부(210)는 앞서 설명한 바와 같이 배관(130)을 통해 막 모듈(110) 내부로 기체를 주입할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 배관(130)에는 복수 개의 막 모듈(110)이 연결되어 있으며, 기체 주입부(210)의 기체 주입에 따라 순차적으로 기체 주입부(210)와 근접해 있는 막 모듈(110)로 기체가 주입될 수 있다.
기체 주입부(210)는 현재 시간당 주입되는 기체의 양 및 막 모듈(110)로 주입된 총 기체의 양을 측정할 수 있는 수단이 구비될 수 있으며, 측정된 값은 손상 판단부(230)로 송신될 수 있다.
센서부(220)는 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관(130) 내부의 기체의 압력을 측정하는 압력 센서와 또는 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관의 기계적 진동을 감지하는 압전 센서를 포함할 수 있다.
압전 센서는 압전효과를 가진 소자를 이용한 센서로써, 진동을 전기로, 또 역으로 전기적 펄스를 진동으로 변환할 수 있는 센서를 의미한다.
막 모듈(110)과 연결된 배관(130) 내부의 압력이 변화하게 되면, 그에 따라 배관(130)의 강성 및 고유 진동 특성 역시 변하게 되므로 이에 따라 배관(130) 자체의 기계적 임피던스가 변하게 된다. 따라서, 후술할 손상 판단부(230)는 압전 센서를 통해 배관(130)의 고유 진동 특성을 추출한 후, 이를 전기적 신호로 변환한 후, 임피던스의 변화율을 기초로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다. 이에 대한 자세할 설명은 후술하도록 한다.
손상 판단부(230)는 기체 주입부(210)에 의해 배관(130)으로 주입된 기체의 총 양과 압력 센서부(220)에 의해 측정된 배관(130) 내부의 압력 값을 기초로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로. 손상 판단부(230)는 배관(130) 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 기체 주입부(130)를 통해 상기 막 모듈(110) 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 기체 주입부(210)의 작동을 정지시키고, 배관(130) 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
초기 설정 압력 값은, 막 모듈(110)에서 압력손실시험(Pressure Decay Test)를 시행하기 전에 기준이 될 수 있는 막 모듈(110) 내부의 압력 값을 의미한다. 압력손실시험은 공급수 측을 기체로 가압하여 설정 압력에 도달한 뒤, 막 손상이 발생하지 않은 정상막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 계산하는 시험을 의미한다.
목표 기체의 양은 막 모듈(110)의 손상이 없다는 가정 하에 상기 초기 설정 압력 값까지 도달되기 위해서 막 모듈(110) 내부로 주입되어야 하는 기체의 총 양을 의미한다.
초기 설정 압력 값은 막 모듈(110)의 부피, 배관의 크기 등 실험 환경에 따라 그에 맞춰 다양하게 변경된다. 초기 설정 압력 값이 변화함에 따라 목표 기체의 양 또한 변하며, 배관에 연결되어 있는 막 모듈의 개수에 따라 초기 설정 압력 값과 이에 따른 목표 기체의 양은 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 경우 배관(130)에 연결되어 있는 막 모듈(110)의 개수는 2개이고, 초기 설정 압력 값은 200kPa를 기준으로 설정하였으며, 실험 결과 막 모듈(110) 내부의 압력이 초기 설정 압력 값인 200kPa로 도달하기 위해서는 총 70L의 기체 양이 필요한 것을 사전 실험을 통해 알게 되었다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 본 발명에 따른 실험 결과는 초기 설정 압력 값은 200kPa, 목표 기체의 양은 70L인 막 모듈(110)을 기준으로 실험한 결과를 도시한 그래프이다. 이하 도 4 내지 도 6을 통해 손상 판단부(230)가 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단하는 방법에 대해 구체적으로 알아본다.
도 4 내지 도 6은 손상이 없는 막 모듈과 손상이 있는 막 모듈에 대해 본 발명에 따른 실험 수행 결과를 도시한 도면이고, 도 7은 도 4 내지 도 6에서의 주요 값을 표로 정리한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 제1 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를. 도 5는 제2 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를, 도 6은 제3 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를 도시한 도면이며, 각 그래프에서 L1은 배관에 주입된 시간에 따른 총 기체의 양을 도시한 선이고, L2는 시간에 따른 측정된 배관 내부의 압력을 도시한 선이고, p1은 초기 설정 압력 값을, t1은 목표 기체의 양(70L)에 도달하기 까진 소요된 소요 시간(t1)을 의미한다.
막 모듈(110) 내부에 목표 기체의 양에 따른 기체가 주입되면, 기체 주입부(210)는 더 이상 기체를 주입하지 않는다. 그러면 이 시점부터 배관(130) 내부에 있는 기체들은 액체로 변환을 하게 되는데 만약 막 모듈(110)의 여과막(112)에 손상이 존재하지 않는다면 측정되는 기체 압력의 값은 거의 변화가 없을 것이다. 그러나 막 모듈(110)에 손상이 존재하는 경우 그 만큼 기체가 여과막(112)을 상대적으로 많이 통과하게 될 것이므로 배관(130) 내부의 압력은 상대적으로 가파르게 변화할 것이다. 따라서, 손상 판단부(230)는 이러한 압력 값의 변화를 초기 설정 압력값과 비교하여, 일정 범위 이상 벗어난 경우 막 모듈(110)에 손상된 여과막(112)이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
도 4 및 도 7을 참고하여 제1 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제1 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 216초이며, L1에 도시된 바와 같이 216초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체는 더 이상 주입되지 않고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 206.3Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 3.1% 밖에 나지 않음을 알 수 있다. 3.1% 정도는 실험 환경에 따라 충분히 발생할 수 있는 오차로서, 손상 판단부(230)는 제1막 모듈의 여과막에 대해서는 손상이 없는 것으로 판단할 수 있다.
도 5 및 도7을 참고하여 제2 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제2 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 210초이며, L1에 도시된 바와 같이 210초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체가 더 이상 주입되지 않는다. 그리고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 172.5Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 13.75% 나 발생함을 알 수 있다. 이러한 오차는 매우 큰 오차로서 손상 판단부(230)는 제2 막 모듈의 여과막은 손상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
도 6 및 도7을 참고하여 제3 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제3 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 213초이며, L1에 도시된 바와 같이 213초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체가 더 이상 주입되지 않는다. 그리고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 202.5Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 1.3% 밖에 발생하지 않음을 알 수 있다. 1.3 % 오차는 실험 환경에 따라 충분히 발생할 수 있는 오차로서, 손상 판단부(230)는 제3막 모듈의 여과막은 손상이 없는 것으로 판단할 수 있다.
오차율이 어느 정도 발생한 경우 여과막에 손상이 존재한다고 판단할 수 있는 기준은 실험 환경에 따라 사용자가 다양하게 설정할 수 있지만, 일 실시예로 -5% 내지 +5% 사이의 경우 여과막에 손상이 존재한다고 판단할 수 있다.
종래 기술에 의한 경우, 막 모듈마다 손상 여부를 감지하는 방법이 상이하고, 손상 감지 장치가 막 모듈에 일체형으로 부착되어 있는 경우가 많으며, 더 나아가 기체의 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하는 경우 막 모듈 내부에서 기체-액체 치환의 불균등 현상이 발생하여, 여과막에 손상이 있더라도 공기압의 변화가 작기 때문에 여과막 손상을 정확하게 판단하기 어려운 문제가 존재하였다.
그러나, 본 발명의 경우 소형의 크기로 제작된 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)로서, 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 기체 주입부(210)와 배관의 일 측면에 압력 센서만 부착을 하면, 막 모듈의 종류와 상관없이 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있어, 보다 효과적으로 여러 종류의 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 종래 기술과 다르게 막 모듈 내부의 기체 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하지 않고 주입되는 총 기체의 양을 기준으로 손상 여부를 판단하므로, 종래 기술에 따라 막 모듈 내부에서 일어나는 기체-액체 치환의 불균등 현상으로 인한 측정값의 정확도가 떨어지는 문제가 사전에 미리 방지할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 손상 판단부(230)는 기체 주입부(210)가 막 모듈(110) 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관(130) 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
막 모듈(110)의 여과막에 손상이 없다면, 일반적으로 배관(130) 내부의 압력은 막 모듈(110) 내부로 주입되는 기체의 양에 정비례하여 증가할 것이나, 만약 막 모듈(110)의 여과막(112)에 손상이 존재하는 경우 막 모듈(110) 내부로 주입되는 공기의 일부는 여과막(112)을 상대적으로 많이 통과하게 될 것이므로 측정되는 배관(130) 내부의 압력은 막 모듈(110)의 여과막에 손상이 없는 경우 보다 작게 측정될 것이다.
이를 도 4와 도 5를 비교하여 설명하면, 도 4의 경우 제1 막 모듈의 여과막에 손상이 존재하지 않으므로, 주입되는 기체의 양에 따라 배관(130) 내부의 압력은 정비례(1초당 1kpa)하여 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 제2막 모듈의 여과막은 손상이 존재하므로 도 5에서의 압력 변화 기울기는 제1막 모듈에 대한 그래프인 도 4에서의 압력 변화 기울기보다 더 낮을 것을 알 수 있다. 이는 막 모듈 내부로 주입되는 기체의 일부가 여과막을 통해 빠져나갔기 때문이다. 따라서, 손상 판단부(230)는 배관(130)을 통해 기체가 주입된 이후, 시간당 변화하는 측정 압력의 기울기를 기준으로 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있다.
다시 도 3으로 돌아와, 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)의 남은 구성 요소에 대해 설명하면, 여과막 손상 판단 장치(100)는 앞서 설명한 구성 요소 외에 저장부(240) 및 통신부(250) 등을 포함할 수 있다.
막 모듈(110)은 어떠한 재질로 구성되는지에 따라 그 특성값은 매우 다양하므로 저장부(240)에는 막 모듈(110)에 대한 이러한 다양한 정보가 저장될 수 있다. 구체적으로 각각의 막 모듈(110) 마다의 초기 설정 압력 값 및 목표 기체의 양 등에 대한 정보가 저장되어 있을 수 있다.
본 발명의 경우 막 모듈(110)에 부착되어 있는 여과막 손상 판단 장치가 아닌, 소형의 크기로 제작된 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)로서, 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 기체 주입부(210)와 압력 센서만을 부착 하면, 막 모듈의 종류와 상관없이 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있다.
따라서, 손상 판단부(230)는 막 모듈 손상 여부를 판단함에 있어서, 각각의 막 모듈에 대한 다양한 정보가 저장되어 있는 저장부(240)로부터 현재 손상 여부를 측정하고자 하는 대상의 막 모듈의 초기 설정 압력 값 및 목표 기체의 양에 대한 정보를 수신하고, 수신한 정보를 기초로 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 저장부(240)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 저장부(240)는 전술한 손상 판단부(230)와 관련하여 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
통신부(250)는 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단한 결과 정보를 사용자 단말기 또는 외부 서버로 송신할 수 있으며, 막 모듈에 대한 기본 정보를 사용자 단말기 또는 외부 서버로부터 수신할 수 있다.
따라서, 통신부(250)는 데이터를 송신하고 수신할 수 있는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유선 통신 모듈은 캔(Controller Area Network; CAN) 통신 모듈 , 지역 통신(Local Area Network; LAN) 모듈, 광역 통신(Wide Area Network; WAN) 모듈 또는 부가가치 통신(Value Added Network; VAN) 모듈 등 다양한 유선 통신 모듈뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DVI(Digital Visual Interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 다양한 케이블 통신 모듈을 포함할 수 있다.
무선 통신 모듈은 와이파이(Wifi) 모듈, 와이브로(Wireless broadband) 모듈 외에도, GSM(global System for Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), UMTS(universal mobile telecommunications system), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선 통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 손상 판단부(230)는 막 모듈(110)과 연결되어 있는 배관(130)의 일 면에 부착된 압전 센서를 이용하여 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 막 모듈(110)과 연결된 배관(130) 내부의 압력이 변화하게 되면, 그에 따라 배관(130)의 강성 및 고유 진동 특성 역시 변하게 되므로 이에 따라 배관(130) 자체의 기계적 임피던스가 변하게 된다. 따라서, 손상 판단부(230)는 압전 센서를 통해 배관(130)의 고유 진동 특성을 추출한 후, 이를 전기적 신호로 변환한 후, 임피던스의 변화율을 기초로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다. 이하 도 8 내지 13을 통해 자세히 알아보도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 주파수 변화에 따른 임피던스의 변화율을 도시한 그래프이고, 도 9는 도 8의 그래프를 분석하여 메이저 피크(Major Peak)와 추정 압력간의 관계를 도시한 도면이고, 도 10과 도 11는 제4막 모듈을 기준으로 실험한 결과를 도시한 도면이고, 도 12와 도 13은 제 5막 모듈을 기준으로 실험한 결과를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 13에서 메이저 피크 부분이란 임피던스의 변화가 다른 구간에 비해 급격하게 변화하는 구간을 의미하며, 그 구간에서의 그래프의 꼭지점을 메이 피크 구간에서 진폭이 가장 높은 지점으로 정의할 수 있다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서의 임피던스의 변화율이 큰 메이저 피크 부분을 확대한 도면으로서, 압력이 증가함에 따라 임피던스의 메이저 피크의 최대 진폭이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이러한 관계를 이용하여 메이저 피크의 최대 진폭과 압력과의 관계를 회귀 분석하면, 임피던스 계측을 통한 배관의 내부 압력을 추정할 수 있으며, 아래 식 1은 도 9에 도시된 메이저 피크 진폭과 배관 내부 압력과의 관계를 도시한 그래프에서 추출한 관계식이다. 식 (1)에서 P는 추정 압력을 의미하고, Ap는 메이저 피크의 최대 진폭을 의미한다.
(식 1) P(kPa) = -1.777e6 x Ap + 729.9
도 10과 도 11을 참조하면, 제4 막 모듈의 임피던스 최대 진폭이 도 11의 (b)에 빨간색 선으로 도시된 바와 같이 측정된 경우, 위 식(1)을 이용하여 압력을 계산하면 도 11의 (b)의 파란색 선과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 도 11의 (b)의 파란색 선은 기체의 주입에 따라 배관 내부의 압력이 일정하게 증가하다가 기체의 주입이 멈춘 경우 압력이 특별히 크게 감소하지 않고 현재 압력을 유지하고 있으므로, 손상 판단부(230)는 이러한 결과를 기초로 제4막 모듈의 경우 여과막이 손상되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 실제 압력 센서를 통해 압력을 추정한 값을 비교해봐도(도 11의 (c) 참조) 여과막의 손상이 없는 것을 알 수 있다.
이와 반대로, 도 13과 도 14를 참고하여 제5 막 모듈에 대해 살펴보면, 제5막 모듈의 임피던스 최대 진폭이 도 13의 (b)에 빨간색 선으로 도시된 바와 측정된 경우, 위 식(1)을 이용하여 압력을 계산하면 도 13의 (b)의 파란색 선과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 그러나, 도 13의 (b)의 파란색 선은 기체의 주입에 따라 압력이 일정하게 증가하다가 기체의 주입이 중단된 경우 배관 내부의 압력은 계속 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 제5막 모듈의 여과막이 손상되었기 때문에 발생하는 현상이므로, 이러한 현상을 통해 손상 판단부(230)는 제5막 모듈에 손상이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.. 실제 압력 센서를 통해 압력을 추정한 값을 비교해봐도(도 13의 (c) 참조) 여과막의 손상이 없는 것을 알 수 있다.
이와 같은 방법으로 손상 판단부(230)가 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 경우, 실시간으로 막 모듈 내부의 압력 변화를 감지할 수 있어 막 손상에 의한 배관 내부 압력 강하를 압력 센서보다 빠르고 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 실시간으로 정밀 압력 감지가 가능하므로 막 모듈의 진단을 위한 압력 강하 실험 시 막 내부의 기체-액체 치환이 완료되기 이전에 배관 내부의 압력 변화율을 통하여 막 모듈의 손상을 감지할 수 있으므로 기존 압력손실시험에 의해 막 모듈의 손상을 판단하는 경우보다 빠르게 손상을 감지할 수 있는 효과가 존재한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 15는 정상 상태의 막 모듈 내부에 기체를 주입한 경우를 나타낸 도면이며, 도 16은 손상된 막 모듈 내부에 기체를 주입한 경우를 나타낸 도면이다.
일반적인 수처리 시스템 공장에는 도 14에 도시된 바와 같이 복수 개의 막 모듈(100)이 하나의 그룹을 형성하고, 이러한 그룹이 여러 개 (101, 102, 103) 존재하는 것이 일반적이다. 따라서, 일 실시예에 따른 이동형 여과막 손상 진단 방법에 따라 막 모듈의 손상 여부를 감지하는 경우, 복수 개의 막모듈(100)에 공통적으로 연결되어 있는 배관을 통해 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있어, 어느 그룹의 막 모듈이 손상이 존재하는지 보다 빠르고 쉽게 알 수 있는 효과가 존재한다.
다만, 막 모듈(110)의 수리의 경제성을 높이기 위해서는 하나의 그룹으로 형성되어 있는 복수 개의 막 모듈(110)을 모두 교체하는 것보다는 그룹 내에서 손상된 막 모듈(110)만 선택적으로 교체하는 것이 가장 효율적이다. 따라서, 이하 실시예에서는 하나의 그룹 내에 존재하는 복수 개의 막 모듈(110) 중에서 손상이 존재하는 막 모듈(110)을 판단하는 방법에 대해 알아본다.
도 2, 도 15및 도 16을 참조하면, 막 모듈(110)의 표면에는 압전체(120)가 더 구비될 수 있으며, 도 16에 도시된 바와 같이 제1그룹(111)의 막 모듈이 손상된 것으로 판단된 경우, 복수 개의 압전체(120)는 제1그룹 내에 속하는 모든 막 모듈(110)의 표면에 부착될 수 있다.
압전체(120)는 막 모듈(110)에 일체형으로 부착되어 막 모듈(110)의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 역할을 한다. 따라서, 손상 판단부(230)는 전기적 신호를 분석하여 공진주파수를 측정하고, 측정된 값을 기초로 막 모듈(110) 내부의 여과막(112)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
압전체(120)는 압전 특성(piezoelectric effect)을 갖는 제반 압전물질이 이용될 수 있으며, 일 실시예로 압전 고분자 필름의 양면에 각각 제 1 전극(+), 제 2 전극(-)이 구비된 형태로 압전체(120)를 구성할 수 있다. 상기 압전 고분자 필름으로는 PVDF(polyvinylidene fluoride), PVDCN(polyvinylidene cyanide) 등이 사용될 수 있으며, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 크롬(Cr), 금(Au), 백금(Pt) 등이 이용될 수 있다.
손상 판단부(230)는 압전체(120)로부터 전달되는 전기적 신호를 분석하여 공진주파수를 측정할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 압전체(120)는 막 모듈(110)의 표면에 부착되어 있으며, 막 모듈(110)의 내부에 일정 압력의 기체가 공급되어 막 모듈(110)에 기계적 진동이 발생되면 압전체(120)는 기계적 진동을 전기적 신호를 변환하는데, 손상 판단부(230)는 해당 전기적 신호로부터 공진주파수를 측정함으로써 궁극적으로, 압전체(120)의 전기적 신호를 통해 막 모듈(110)의 공진주파수를 측정할 수 있다.
막 모듈(110)의 공진주파수를 측정하는 이유는, 정상 상태의 막 모듈(110)의 공진주파수(기준 공진주파수)와 손상된 상태의 막 모듈(110)의 공진주파수(검진 공진주파수)를 비교함으로써 특정 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단하기 위함이다.
따라서, 복수의 막 모듈(110)을 대상으로 여과막(112)의 손상 여부를 판단하고자 하면, 해당 복수의 막 모듈(110) 각각의 기준 공진주파수가 미리 측정되어야 하며, 이와 같이 각각의 막 모듈(110)의 기준 공진주파수가 측정된 상태에서 추후 각각의 막 모듈(110)의 공진주파수를 측정하고 이를 기준 공진주파수와 비교함으로써 해당 각각의 막 모듈(110)의 손상 여부를 감지할 수 있게 되는 것이다.
이와 같은 기준 공진주파수의 확보, 검진 공진주파수와 기준 공진주파수의 비교 및 손상 여부 판단 등의 역할을 손상 판단부(230)가 수행한다.
즉, 손상 판단부(230)는 복수의 막 모듈(110)의 정상 상태의 공진주파수 와 손상 판단부(230)를 통해 측정된 특정 막 모듈(110)의 공진주파수를 비교함으로써 해당 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
이에 대해 구체적으로 알아보면, 먼저 정상 상태의 막 모듈(110)에 대한 기준 공진주파수를 측정한다. 구체적으로, 도 15에 도시된 바와 같이 막 모듈(110)의 내부에 일정 압력의 기체를 공급한다. 일정 압력의 기체는 막 모듈(110)의 1차측(113) 또는 2차측(114)으로 공급될 수 있으며, 1차측(113)에 공급된 기체가 2차측(114)으로 확산되는 시점의 임계 압력 또는 2차측(114)에 공급된 기체가 1차측(113)으로 확산되는 시점의 임계 압력으로 유지되는 것이 바람직하다.
이와 같이 임계 압력을 적용하는 이유는, 막 모듈(110)의 여과막(112) 손상 여부를 확인하기 위한 것으로서 여과막(112)이 손상된 경우에는 임계 압력으로 공급된 기체가 여과막(112) 손상으로 인해 임계 압력 이하로 급격히 떨어지게 되며 이 때, 그에 상응하는 기계적 진동을 발생시키기 때문이다. 물론, 장치적 구성 및 기타 조건에 부응하기 위해 임계 압력을 벗어나는 범위 하의 압력을 적용할 수도 있다.
정상 상태의 막 모듈(110) 내부에 일정 압력의 기체를 공급하면, 그에 상응하는 기계적 진동이 발생되며 해당 기계적 진동은 막 모듈(110)에 부착된 압전체(120)에 의해 전기적 신호로 변환되어 손상 판단부(230)에 전달된다.
손상 판단부(230)는 전달된 전기적 신호로부터 공진주파수를 측정하고, 측정된 공진주파수는 정상 상태의 막 모듈(110)에 대한 공진주파수를 저장부(240)에 저장한다. 막 모듈(110)이 복수 개 존재하는 경우, 각각의 막 모듈(110)에 대한 기준 공진주파수 측정 과정이 적용된다. 한편, 상기 기준 공진주파수 측정 과정은 막여과 공정 전에 진행할 수도 있다.
이와 같이 기준 공진주파수가 측정된 상태에서, 손상 판단부(230)는 기준 공진주파수가 측정된 조건과 동일한 조건을 적용하여 각각의 막 모듈(110)에 대한 검진 공진주파수를 측정한다. 즉, 막여과 공정이 완료된 상태의 막여과 장치를 준비하고, 각각의 막 모듈(110) 내부에 일정 압력의 기체를 공급하고 이 때의 기계적 진동을 압전체(120)를 통해 전기적 신호를 변환하고, 손상 판단부(230)는 변환된 전기적 신호로부터 공진주파수를 측정한다. 이 때, 막 모듈(110) 내부에 가압된 기체의 압력은 기준 공진주파수 측정시와 동일하며, 일 실시예로 임계 압력에 해당될 수 있다.
측정된 각각의 막 모듈(110)의 검진 공진주파수는 손상 판단부(230)에 전달되며, 손상 판단부(230)는 기 저장된 기준 공진주파수와 검진 공진주파수를 비교하고, 일치 여부를 확인하여 검진 공진주파수에 해당되는 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이 막 모듈(110)의 여과막(112)이 손상된 경우, 막 모듈(110) 내부에 일정 압력으로 주입된 기체의 압력이 감소되므로, 막 모듈(110)의 기계적 진동 역시 정상 상태의 기계적 진동과는 상이한 형태를 나타내고, 그에 상응하는 공진주파수 역시 기준 공진주파수와 다르게 나타난다. 따라서, 손상 판단부(230)를 이를 통해 막 모듈(110)의 여과막(112)이 손상되었는지 여부에 대해 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이동형 여과막 손상 판단 장치(200)는 복수 개의 막 모듈(100) 중에서 어떤 막 모듈(110)이 손상되었는지 구체적으로 알 수 있는 장점이 존재한다.
지금까지 도면을 통해 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치에 대해 알아보았다.
본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 판단 방법 및 이를 이용한 이동형 여과막 손상 판단 장치는 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 센서에 의해 취득한 압력 값과 기체 주입 총량을 기준으로 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있어, 보다 효과적으로 많은 종류의 막 모듈의 손상 여부를 빠르게 감지할 수 있으며, 이에 따라 소형으로 이동 가능한 여과막 손상 진단 장치를 구현할 수 있다.
또한, 종래 기술과 다르게 막 모듈 내부의 기체 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하지 않고 주입되는 총 기체의 양을 기준으로 손상 여부를 판단하므로, 종래 기술에 따라 막 모듈 내부에서 일어나는 기체-액체 치환의 불균등 현상으로 인해 측정값의 정확도가 떨어지는 문제를 사전에 미리 방지할 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 막 모듈 내부로 주입되는 기체의 양을 기준으로 판단하는 방법과 더불어 배관에 부착되는 압전 센서를 이용하여 막 모듈의 손상 여부를 동시에 측정할 수 있으므로 보다 정확하게 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있는 효과가 존재한다.
한편, 본 명세서에 기재된 "~부"로 기재된 구성요소들, 유닛들, 모듈들, 컴포넌트들 등은 함께 또는 개별적이지만 상호 운용 가능한 로직 디바이스들로서 개별적으로 구현될 수 있다. 모듈들, 유닛들 등에 대한 서로 다른 특징들의 묘사는 서로 다른 기능적 실시예들을 강조하기 위해 의도된 것이며, 이들이 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야만 함을 필수적으로 의미하지 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈들 또는 유닛들과 관련된 기능은 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행되거나 또는 공통의 또는 개별의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.
부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블럭도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 막 모듈
112: 여과막
210: 기체 주입부
220: 압력 센서부
230: 손상 판단부
240: 저장부
250: 통신부

Claims (15)

  1. 배관을 통해 복수의 여과막을 가지는 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입부;
    상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 압력 센서; 및
    상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 상기 기체 주입부를 통해 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 기체 주입부의 작동을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 손상 판단부;를 포함하고
    상기 손상 판단부는,
    상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값의 차이의 절대값이 상기 초기 설정 압력 값을 기준으로 미리 설정된 퍼센트 값을 초과하는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 퍼센트는
    - 5 % 내지 +5% 범위를 포함하는, 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 손상 판단부는,
    상기 기체 주입부가 상기 막 모듈 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는, 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체 주입부와 상기 압력 센서는 상기 막 모듈로부터 탈부착이 가능하도록 구성되며,
    상기 이동형 여과막 손상 판단 장치는, 상기 막 모듈과 별도로 구성되어 이동이 가능한 형태로 제작되는, 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 압전 센서;를 더 포함하고,
    상기 압전 센서에 의해 변환된 전기적 신호로부터 상기 배관의 기계적 임피던스 값을 산출하고, 상기 임피던스 값의 변화를 기초로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 손상 판단부는,
    상기 산출된 임피던스 값의 변화가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 막 모듈이 복수 개 존재하는 경우, 상기 복수 개의 막 모듈의 외벽에 각각 부착되어 상기 막 모듈의 기계적 진동을 전기적 신호로 검출하는 복수 개의 압전체;를 더 포함하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 손상 판단부는,
    상기 전기적 신호로부터 공진주파수를 측정하고, 상기 막 모듈이 정상 상태인 경우에서의 공진주파수와 상기 측정된 공진주파수를 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 감지하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  10. 배관을 통해 연결되어 있는 복수 개의 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입부;
    상기 배관의 일 면에 부착되어 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 센서부; 및
    상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 상기 기체 주입부를 통해 상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 기체 주입부의 작동을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 손상 판단부;를 포함하고
    상기 손상 판단부는,
    상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값의 차이의 절대값이 상기 초기 설정 압력 값을 기준으로 미리 설정된 퍼센트 값을 초과하는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단하는 이동형 여과막 손상 판단 장치.
  11. 배관을 통해 복수의 여과막을 가지는 막 모듈 내부로 기체를 주입하는 기체 주입 단계;
    상기 배관의 일 면에 부착되어 있는 센서를 통해 상기 배관 내부의 기체의 압력을 측정하는 단계;
    상기 배관 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하는 단계; 및
    상기 막 모듈 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 상기 막 모듈 내부로 기체의 주입을 정지시키고, 상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계;를 포함하고,
    상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 배관 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값의 차이의 절대값이 상기 초기 설정 압력 값을 기준으로 미리 설정된 퍼센트 값을 초과하는 경우, 상기 막 모듈이 손상된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 여과막 손상 판단 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 미리 설정된 퍼센트는
    - 5 % 내지 +5% 범위를 포함하는, 여과막 손상 판단 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 막 모듈 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 여과막 손상 판단 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 배관의 일 면에 부착되어 있는 압전체를 이용하여 상기 배관의 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 단계; 및,
    상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 배관의 기계적 임피던스 값을 산출하고, 상기 임피던스 값의 변화를 기초로 상기 막 모듈의 손상 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 여과막 손상 판단 방법.
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