KR20010027217A - 여과재 오염저감을 위해 여과장치에 진동발생장치를 부착한 장치 - Google Patents

Abstract

여과장치구조에 진동을 가함에 있어 용이하게 가할 수 있고, 여과장치의 종류 및 여과재의 종류에 따라 적절한 온도와 압력 및 진동 범위내에서 제어가 가능한 장치를 제공하기 위하여 본 발명은 여과될 유체가 유입되는 유입구와;여과장치에서 여과된 유체이 빠져나가는 출구와; 여과장치에서 여과되지 않고 걸러진 물질을 빼내는 통로를 포함하는 여과장치 구조모듈에 있어서,상기 모듈에 진동을 발생시키는 진동자와; 상기 모듈내부의 온도를 감지하는 온도센서와; 상기 온도센서의 온도에 따라 상기 진동자를 제어하는 제어부를 포함하는 여과재 오염저감을 위해 여과장치에 진동발생장치를 부착한 장치를 제공한다.

본 발명에서 바람직하게 진동을 감지하는 진동센서를 더욱 포함한다.

본 발명에서 상기 제어부는 또한 바람직하게 진동센서에 의해 감지된 신호를 바탕으로 상기 여과장치의 진동자를 제어한다.

Description

여과재 오염저감을 위해 여과장치에 진동발생장치를 부착한 장치{filtering system with vibratory appratus for reducing fouling}

본 발명은 여과장치의 모듈에 여과재에 발생되는 눈막힘(fouling) 또는 미생물에 의한 눈막힘(biofouling)을 해결하기 위한 진동장치에 관한 것이다.

여과장치를 이용한 고액, 기액, 기고분리기술은 지난 20여년간 꾸준히 성장해왔다. 이와같은 성장은 진공원심분리, 이온교환과 같은 분리기술에 비하여 몇가지 중요한 장점을 갖고 있기 때문이다.

이러한 여과장치의 종류로는 여과재의 포아(PORE)크기에 따라 마이크로필터, 울트라필터, 나노필터, 삼투막, 세라믹 필터, 생물막 등이 있다.

그런데 이러한 여과장치로은 여과후 여과될 유체에 포함된 부유물질에 의해 여과재의 눈막힘이 일어나게 된다.

여과재의 눈막힘으로 더 이상 여과기능을 수행하지 못하고, 여과재를 교체하여야 하는 불편함이 있다.

또한 이에 따라 고농축으로 여과시키지 못하는 등의 문제점이 있다.

도 1a는 이러한 눈막힘을 이해하기 쉽게 도시한 개략단면도로서, 도시한 바와 같이, 외부 눈막힘(external cake fouling)은 농도분극 현상으로 인하여 여과재표면으로 이동한 이물질들이 여과재표면에서 케이크층을 형성하여 여과투과수의 흐름을 방해하는 경우이다. 여과과정이 시작되는 즉시 발생하며 가역적이므로 역세척등으로 쉽게 제거가 가능하다. 그러나 입자들이 여과재(1)표면으로 역확산되는 것을 막기때문에 비가역적인 2차 여과재오염을 일으킬 수 있으므로 이를 제어하는 것이 매우 중요하다.

도 1b는 내부눈막힘을 도시한 도 1a와 유사한 도면으로, 여과재의 내부공극에 이물질 즉 부유물질(S)이 부착되어 여과 투과수의 흐름을 방해하는 경우이다.

여기서 부유물질이라 함은 미세입자, 미생물 등을 포함하는 개념이다. 여과재와 입자의 상호관계에 따라 일어나는 정도가 다르고, 대체로 비가역적인 경우가 많다. 케이크로 인한 막오염이 장기화 될 수록 내부눈막힘이 발생할 가능성이 높다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 여과재에 기계적인 진동을 가하여 여과재오염물질을 털어버려 부유물질이 여과재의 눈을 막는 문제점을 해결하고자하는 노력이 제시되고 있다.

그러나, 이러한 방식은 기계적 진동 예컨데 원심력을 만들기 위해 큰 부피의 장치를 구비하여야 하는 문제점이 있고, 실제 막을 포함하는 여과구조가 어느정도 큰 크기가 아니면 내부에 기계적 장치를 설치할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 여과재구조에 진동을 가함에 있어 용이하게 가할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 여과장치의 종류 및 여과재의 종류에 따라 적절한 온도내에서 제어가 가능하도록하여 여과장치의 적절한 운전과 여과재수명을 연장시키고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 진동이나 압력을 감지하여 여과장치 내부의 온도이외에도 압력이나 진동을 제어할 수 있도록 진동자를 적절히 제어하는 것을 제공하는 것이다.

도 1a는 통상의 여과장치 구조에서 발생하는 외부눈막힘을 도시한 개략 단면도

도 1b는 통상의 여과장치 구조에서 발생하는 내부 눈막힘을 도시한 개략 단면도

도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략사시도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명*

1: 여과재 S:부유물질

2: 농축수출구 3: 유입수입구

4: 투과수출구 T: 온도센서

C: 제어부 V:진동센서

P: 압력센서

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략 사시도로서, 도시한 바와 같이, 여과장치모듈은 여과재를 기본으로, 유입액이 들어가는 입구(3)와, 처리액 즉, 여과장치의 여과구멍을 빠져나온 처리된 유체의 농축수출구(2), 투과수 출구(4)를 기본적으로 구비하고 있다.

여기서 여과재란 마이크로필터, 울트라필터, 역삼투막, 나노필터, 세라믹필터, 카트리지필터, 바이오필터 등을 포함하는 총괄적개념이고, 본 실시예는 어떠한 여과재에도 모두 적용될 수 있다.

본 발명의 진동자는 외부 또는 내부에 초음파를 비롯한 고주파, 저주파발생장치로서 여과장치에 진동을 발생시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 진동발생장치(진동자)는 기계적인 장치 또는 저주파발생장치, 고주파바생장치, 초음파발생장치를 포함한다.

바람직하게 상기 진동자는 탈착가능하도록 장착되어 수명이 다한 진동자 또는 여과장치를 교체할 수 있도록 한다.

또한 여과장치 내.외부의 적절한 위치에 온도센서(T)를 구비하여 내부의 온도를 감지한다. 이때 온도센서가 내부에 설치되어도 무방함은 당연하다.

내부의 온도를 감지하는 방법은 온도센서가 설치된 위치의 온도를 감지하여 여과재의 온도 내지는 여과장치의 평균 온도를 유추한다. 이는 여과장치구조 모듈 및 전체장치의 온도구배를 해석함으로써 충분히 가능한 일이다.

저주파, 고주파를 비롯한 진동발생장치에 의해 발생되는 진동으로 인하여 내부에는 열에너지가 발생한다는 것은 당연한 일이다.

이렇게 감지된 온도를 기준으로 여과재 내.외부 내지 여과장치의 온도상태를 알 수 있고, 여과재의 손상을 막기위한 온도 또는 유입액 중 온도에 의해 훼손되지 말아야 할 온도와 비교하여, 이 온도범위를 초과하는 경우에는 제어부(C)에서 상기 진동발생장치의 작동을 일시 중지시키고, 추후 온도가 적절하게 되면 다시 작동을 시작한다.

이는 여과재의 종류와 유입액의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따른 실시예에서는 여과장치의 진동을 감지할 수 있는 진동센서(V) 또는 압력센서(P)를 더욱 포함하고 있는 바, 이 진동센서는 여과장치내에서 발생되는 온도의 변화 뿐 아니라 압력의 변화 등을 진동으로 감지하는 것인 바, 여과장치의 보다 효율적인 작동을 위해 진동이나 압력을 감지할 필요가 있다.

이렇게 감지된 진동신호는 제어부(C)로 입력되어 진동자를 제어한다.

진동자의 제어는 전기적 신호를 기계적인 신호로 바꾸어 줌으로써도 가능하다. 이때 사용될 수 있는 것으로는 마그네틱을 이용하는 트랜듀서(tranducer)나 다이어프램 등이 있을 수 있으나 여기에 한정되지 않는 것은 당연하다.

본 발명에서 적용되는 여과장치는 기액분리 및 기고분리에도 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치에서는 여과장치 모듈에 초음파를 비홋한 진동발생장치를 부착시킴으로서 진동자의 진동으로 여과장치의 표면에 전단응력을 형성시키고 이는 여과장치의 눈막힘(fouling) 또는 미생물에 의한 눈막힘(biofouling)을 저감시켜 여과장치의 투과수 생산량을 효과적으로 향상시키게 된다.

본 여과장치는 유입수 자체의 전단력에 의존하지 않고 가압펌프의 부하를 줄일 수 있다. 이는 저양정펌프의 사용을 가능하게 하여 유입수 공급에 요구되는 에너지의 비용을 현저히 줄일 수 있다.

본 여과장치를 이용하여 고액분리를 할 경우 고농도의 농축액을 쉽게 얻을 수 있는 바, 본 여과장치를 이용하게되면, 여과장치 표면에 쌓인 이물질들을 쉽게 교란시켜 난류를 발생, 이는 여과재표면의 내.외부의 눈막힘(fouling 또는 biofouling)을 극도로 저감시켜 농축수에 비해 훨씬 많은 투과수를 얻을 수 있다.

또한 여과재표면의 눈막힘을 저감시킴으로서 여과장치의 수명을 혁신적으로 증가시킬 수 있다.

또한 본 여과장치에서 사용할 진동발생장치의 한 예인 고주파, 저주파 또는 초음파는 여과재에 대한 제한을 받지 않으므로 여러용도의 여과재에 널리 활용할 수 있다.

Claims (6)

1. 여과될 유체가 유입되는 유입구와;

   여과재와;

   상기 여과재에서 여과된 유체가 빠져나가는 출구와;

   상기 여과재에서 여과되지 않고 걸러진 물질을 빼내는 통로를 포함하는 여과장치구조모듈에 있어서,

   상기 모듈에 진동을 발생시키는 진동발생장치와;

   상기 모듈내.외부의 상태(property)를 감지하는 센서와;

   상기 센서의 신호에 따라 상기 진동발생장치를 제어하는 제어부를 포함하는 여과재 오염저감을 위해 여과장치에 진동발생장치를 부착한 장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 센서는 온도센서, 진동센서, 압력센서 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있어, 여과장치 내부의 온도, 진동, 압력을 적절한 범위내에서 제어할 수 있는 장치
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느하나의 항에 있어서,

   상기 진동발생장치는 고주파, 저주파, 초음파를 포함하느 군에서 선택된 장치
4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 유체는 기체액체혼합물, 고체액체혼합물, 기체고체 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 것을 특징으로하는 장치
5. 제 1항 또는 제 2항 중 어느하나의 항에 있어서,

   상기 진동발생장치는 상기 여과장치로부터 탈착가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 장치
6. 제 1항에 있어서,

   여과재는 마이크로필터, 울트라필터, 역삼투막, 나노필터, 세라믹필터, 카트리지필터, 바이오필터 등을 포함하는 총괄적개념으로 어떠한 여과재의 눈막힘현상에도 적용될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치