KR20080028022A - 중공사막 모듈의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 중공사막 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 중공사막 다발의 배치 및 포팅 작업시 매우 가는 핀형태를 촘촘하게 갖고 있는 형태의 막 분배수단을 적용하여 중력이나 원심력 등에 의해 중공사막이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 모듈 내에 고르게 분포될 수 있도록 함으로써, 모듈 내의 중공사막을 일정한 간격으로 균일하게 배열시킬 수 있으며, 따라서 모듈 전체의 성능을 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈의 제조방법을 제공한다.

중공사막 모듈, 포팅 작업, 분배판, 원심력

Description

중공사막 모듈의 제조 방법{Method for making hollow fiber module}

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 제조 방법에 사용되는 분배판을 나타내는 사시도

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 분배판 11 : 핀

12 : 중공사막 13 : 모듈 하우징

14 : 접착몰드 15 : 투입구

16 : 포팅재 17 : 홀

본 발명은 중공사막 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중력이나 원심력 등에 의해 중공사막이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 모듈 내에 고르 게 분포될 수 있도록 하는 새로운 제조 방법을 구현함으로써, 모듈 내의 중공사막을 일정한 간격으로 배열시킬 수 있으며, 따라서 모듈 전체의 성능을 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 중공사막 모듈은 각종 산업 및 환경 분야 등에서 여과막 처리나, 정수 및 하수 등의 오염 제거 등에 널리 사용되고 있고, 그 중에서도 상수나 하수 처리 등과 같은 수처리 분야에서 유용하게 사용되고 있으며, 최근에는 처리비용의 절감을 위하여 대형의 중공사막 모듈이 요구되고 있다.

중공사막 모듈의 필수구성요소를 간략하게 살펴보면, 통형의 모듈 하우징과, 이 모듈 하우징에 내재되는 중공사막과, 이 중공사막의 양단(상하단) 또는 일단을 접착 고정하는 포팅재(접착제)와, 상기 모듈 하우징의 상하부에 구성되는 상부 콜렉터 및 하부콜렉터와, 상기 중공사막의 막표면에 축적되는 오염물질의 제거를 위한 에어산기장치 등으로 구성되어 있다.

이러한 구성의 중공사막 모듈은 처리수 콜렉터(Collector)가 상하에 배열된 타입 즉, 중공사막의 상하끝단이 상하 콜렉터에 포팅재(접착제)로 고정된 타입이 있고, 처리수 콜렉터(Collector)가 한쪽에 배열된 타입 즉, 중공사막의 하단끝이 콜렉터에 포팅재로 고정되고 상단은 자유단으로 배열된 타입이 있다.

위와 같은 중공사막 모듈의 물 처리 과정을 간략히 살펴보면, 외압에 의하여 원수가 중공사막의 외부로부터 내부로 여과되고, 여과된 처리수는 중공사막의 내부를 따라 상부 또는 하부 콜렉터로 수집된 후, 후처리 공정으로 배출되는 여과작용이 이루어진다.

이때, 원수가 중공사막을 통하여 내부로 여과됨에 있어서 중공사막의 표면에는 원수에 포함된 오염물질이 축적되는데, 이 오염물질을 탈락 제거하여 중공사막의 여과 작용이 지속적으로 유지되도록 하는 점은 중공사막 모듈에서 매우 중요하다 할 것이다.

특히, 중공사막의 막 사이에 오염물질이 축적되는 현상은 막 사이의 간격과 밀접한 관계가 있으며, 막 사이의 간격이 작으면 작을수록 오염물질 축적현상이 심화된다.

따라서, 막 사이의 간격을 가능하면 넓게 유지하는 것이 오염물질 축적을 줄이기 위해 바람직하나, 이렇게 될 경우 모듈의 크기가 커지게 되어 중공사막 모듈이 다른 방법, 예를 들면 모래여과나 같은 분리막이지만 형태가 다른 평막 모듈에 상대적으로 부지면적을 적게 차지하는 장점이 퇴색된다.

이와 같은 점을 고려하여 모듈의 크기와 여기에 적합한 중공사막 가닥이 정해지게 된다.

그러나, 중공사막 모듈을 제조하는 과정에서 중공사막을 균일하게 분포시키게 하는 것이 매우 어렵다.

그 이유는 중공사막 다발과 모듈 하우징을 밀봉 접착하는 접착제를 빈틈없이 스며들게 하기 위해 통상적인 방법으로 원심력을 이용하게 되는데, 이때 중공사막 다발이 회전시 원심력이 가해지는 방향을 따라 쏠리는 현상이 나타나기 때문이다.

더불어 중공사막 모듈에 중공사막 다발을 넣고 균일하게 배열하는 자체도 중력의 방향에 따라 쏠리는 현상에 의해 매우 어려운 작업이다.

이와 같이 중공사막 다발의 중력이나 포팅작업시의 회전력에 의해 쏠리는 현상을 완화시키기 위하여 일본 특허(특개 2002-18244, 특개 2004-50175)에서는 격자, 원형 및 이들의 조합으로 이루어진 구조물을 모듈 내에 삽입시키는 기술을 제시하고 있다.

그러나, 이러한 구조물의 경우에는 포팅 전의 중공사막 다발이 중력에 영향을 받아 쏠리는 현상과, 포팅시의 회전방향에 따라 쏠리는 현상을 충분히 제어하기 위해서는 매우 촘촘한 구조를 가져야 하며, 또한 받는 힘을 견딜 수 있는 모듈러스를 갖추어야 한다.

따라서, 모듈 내에 이들 구조물이 차지하는 면적이 커져 원래의 중공사막의 분산 목적을 상실하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 문제점들을 감안하여 안출한 것으로서, 중공사막 다발의 배치 및 포팅 작업시 매우 가는 핀형태를 촘촘하게 갖고 있는 형태의 막 분배수단을 적용하여 중력이나 원심력 등에 의해 중공사막이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 모듈 내에 고르게 분포될 수 있도록 함으로써, 모듈 내의 중공사막을 일정한 간격으로 균일하게 배열시킬 수 있으며, 따라서 모듈 전체의 성능을 향상시킬 수 있는 중공사막 모듈의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통형의 모듈 하우징 내에 다수의 핀을 가지는 분배판을 배치하는 동시에 중공사막 다발을 배치하는 단계와, 상기 통형의 모듈 하우징의 양단부를 접착몰드로 마감 처리하는 단계와, 상기 모듈 하우징을 수평 상태로 놓은 다음 모듈 하우징에 형성된 투입구를 통하여 포팅재를 투입하는 동시에 그 중심을 기준으로 회전시키는 단계와, 상기 포팅재가 원심력에 의하여 모듈 하우징 내의 양단부로 쏠리게 되어 중공사막 다발의 양단부와 분배판의 다수의 핀들이 포팅재 내에 함침되게 하는 단계와, 상기 포팅재 응고 후 접착몰드를 분리하는 동시에 분배판을 제거한 다음 성형된 중공사막을 취출하는 단계와, 상기 취출한 중공사막이 가지는 포팅재의 일정부분을 절단하여 개구된 중공사막을 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분배판은 원판형 구조로서 모듈 하우징의 내주면에 동심원상으로 안착되는 외경 크기를 갖고, 그 한쪽면에는 가로 및 세로 격자형으로 배열되는 다수의 핀을 가지는 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분배판에서 핀이 차지하는 면적은 5∼50% 범위를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분배판의 소재는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르술폰 중에서 선택된 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 케이스-인 타입(Case-In type)의 대형 모듈 구조의 중공사막 모듈을 제조하는 방법으로서, 기존의 격자 혹은 원형 및 이들의 조합으로 이루어진 구조물과는 달리 매우 가는 핀 형태를 촘촘하게 갖고 있는 분배판을 구비하여 이를 모듈 하우징에 적어도 한쪽 끝에 설치한 후, 중공사막을 분배판의 핀 사이사이에 분산 배열시킨 다음, 포팅 작업을 실시함으로써, 원하는 분산 구조를 갖는 모듈을 제조하는 방법을 제공한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈의 제조 방법에 사용되는 분배판을 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 막의 분산을 위한 분배판(10)의 핀(11)은 알루미늄, 플라스틱, 스테인레스, 철중에서 선택된 어느 하나의 재질로 만들어진 길다랗고 끝이 뾰족한 환봉 형태로서, 길이 40∼580mm, 외경 0.5∼20mm의 크기로 제작된 것이다.

상기 핀(11)을 플라스틱 재질로 제작하는 경우에는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아세탈, 테프론, M/C, 폴리염화비닐(PVC) 중에서 선택된 소재를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 핀(11)의 끝이 뾰족하게 처리되어 있기 때문에 중공사막(12)이 핀 사이의 공간으로 채워질 때 막히는 현상을 배제할 수 있다.

이러한 핀(11)은 분배판(10)상에 일체식 또는 조립식 등으로 형성되며, 분배판(10)의 한쪽면에서 가로 및 세로 격자형으로 배열되면서 분배판(10)의 전체 면적 중 5∼50% 범위의 면적을 차지하게 된다.

여기서, 상기 핀의 길이가 너무 짧으면 중공사막의 분산이 모듈의 끝에서만 나타나고 내부까지 이어지지 않게 되고, 또 충분한 분산 효과를 얻기 위해서는 핀의 외경은 작을수록 좋고 핀의 숫자가 많을수록 좋지만 제작이 어려운 점이 있기 때문에 이를 고려하여 적절한 크기와 수량을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 분배판(10)은 원판형 구조로 이루어져 있으며, 모듈 하우징(13)의 한쪽 단부에서 그 내주면에 동심원상으로 안착되는 형태로 설치된다.

이때의 분배판(10)의 직경은 포팅 작업시 모듈 하우징(13)의 직경과 같게 하여 설치 후 단단히 고정되어 모듈 가동시 원심력에 의해 움직이는 일이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 분배판(10)의 소재로는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르술폰 중에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포팅재로 사용되는 물질과 동일한 소재로 제작하는 것이 좋다.

따라서, 상기와 같은 구조로 이루어진 분배판을 이용하여 중공사막 모듈을 제조하는 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 제조방법을 나타내는 단면도이다.

상기 중공사막 모듈을 제조하기 위하여 통형 구조인 모듈 하우징(13)의 내부에 중공사막(12)을 배열하는 바, 한쪽은 밀폐되어 있고 다른 한쪽은 개방된 상태의 중공사막(12)을 다발채로 배열하게 된다.

예를 들면, 내경 200mm인 모듈 하우징의 내부에 중공사막 16,000가닥을 배열하고, 다음으로 상기 중공사막의 개방된 쪽(모듈 하우징의 하단부)에 길이 40∼580mm, 외경 5∼20mm의 환봉 형태로 제작된 핀을 가지는 분배판을 배치한다.

이때의 중공사막 다발은 각 핀들 사이사이의 공간을 이용하여 서로 간의 일정한 간격을 유지하면서 균일하게 배열될 수 있게 된다.

다음, 상기 통형의 모듈 하우징(13)의 양단부를 접착몰드(14)로 마감 처리한다.

이렇게 설치되는 접착몰드(14)는 분배판(10)을 받쳐줄 수 있게 된다.

이어서, 첨부한 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 모듈 하우징(13)을 수평 상태로 놓은 다음, 모듈 하우징(13)에 형성된 투입구(15)를 통하여 접착제인 포팅재(16)를 투입하는 동시에 모듈 하우징(13)의 중앙부를 중심축으로 하여 소정의 속도로 회전시키는 단계가 진행된다.

따라서, 상기 포팅재(16)가 모듈 하우징(13)의 회전에 따른 원심력에 의하여 모듈 하우징(13)내의 양단부쪽으로 쏠리게 되고, 결국 상기 중공사막 다발의 양쪽 끝부분과 핀(11)이 한꺼번에 포팅재(16)내에 함침되는 상태가 된다.

상기 포팅재(16)의 응고후, 첨부한 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 접착몰드(14)를 분리하는 동시에 핀(11)을 포함하는 분리판(10)을 분리하는 단계가 진행되며, 분리판(10)을 분리함에 따라 핀이 빠져나간 자리면에는 홀(17)이 관통 형성된다.

즉, 상기 핀(10)이 포팅재(16)로부터 완전 분리되면서 이때의 핀의 분리된 자리면에 홀이 관통 형성되는 것이다.

계속해서, 첨부한 도 5에서 보는 바와 같이, 포팅재(16)의 일정부분을 절단하여 개구된 중공사막을 형성하면 하나의 완성된 중공사막 모듈을 제조할 수 있다.

이상에서 설명한 같이 본 발명은 중공사막 다발의 배치 및 포팅 작업시 소정의 막 분배수단을 이용하여 중력이나 원심력 등에 의해 중공사막이 어느 한쪽으로 치우치지 않고 모듈 내에 고르게 분포될 수 있도록 함으로써, 모듈 내의 중공사막을 일정한 간격으로 균일하게 배열시킬 수 있는 장점이 있으며, 따라서 모듈 전체의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중공사막 모듈의 제조방법에 있어서,

   통형의 모듈 하우징 내에 다수의 핀을 가지는 분배판을 배치하는 동시에 중공사막 다발을 배치하는 단계;

   상기 통형의 모듈 하우징의 양단부를 접착몰드로 마감 처리하는 단계;

   상기 모듈 하우징을 수평 상태로 놓은 다음 모듈 하우징에 형성된 투입구를 통하여 포팅재를 투입하는 동시에 그 중심을 기준으로 회전시키는 단계;

   상기 포팅재가 원심력에 의하여 모듈 하우징 내의 양단부로 쏠리게 되어 중공사막 다발의 양단부와 분배판의 다수의 핀들이 포팅재 내에 함침되게 하는 단계;

   상기 포팅재 응고 후 접착몰드를 분리하는 동시에 분배판을 제거한 다음 성형된 중공사막을 취출하는 단계;

   상기 취출한 중공사막이 가지는 포팅재의 일정부분을 절단하여 개구된 중공사막을 완성하는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 분배판은 원판형 구조로서 모듈 하우징의 내주면에 동심원상으로 안착되는 외경 크기를 갖고, 그 한쪽면에는 가로 및 세로 격자형으로 배열되는 다수의 핀을 가지는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈 의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 분배판에서 핀이 차지하는 면적은 5∼50% 범위를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 제조방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 분배판의 소재는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르술폰 중에서 선택된 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈의 제조방법.

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