KR20110079137A - 유도용액 저장백 및 이를 이용한 하이드레이션백 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 유도용액 저장백의 일부 또는 전부가 정삼투 중공사막으로 구성된 유도용액 저장백 및 이를 포함하는 하이드레이션백을 제공한다. 본 발명에 따른 유도용액 저장백과 이를 포함하는 하이드레이션 백의 경우에는 그 형태가 삼투가 일어나는 부분이 중공사로 되어 있기 때문에 필름형태의 내부백을 사용하는 종래의 하이드레이션백의 경우보다 삼투가 일어나는 표면적이 넓고, 그에 따라 단시간 내에 희석된 유도용액, 즉, 음용가능한 물을 얻을 수 있다.
유도용액 저장백, 하이드레이션백, 정삼투, 중공사, 삼투막
Description
본발명은 신규한 유도용액 저장백 및 이를 이용한 하이드레이션백에 관한 것으로, 보다 상하게는 상기 유도용액 저장백의 일부 또는 전부가 정삼투 중공사막으로 구성된 유도용액 저장백에 관한 것이다.
하이드레이션백에 관한 기술은 안전하게 음용이 가능한 물이 없거나 귀한 상황에 대비하기 위하여 군사용, 구급용, 레크리에이션용으로 개발되어 왔다. 상기 하이드레이션 백은 다른 수처리 장치에 비하여 시간이 걸린다는 단점이 있으나, 음용수를 얻는데 있어 별도의 에너지원이 필요 없고, 흙탕물과 같이 오염된 물이라도 소량의 물만 있으면 족하다는 장점이 있다. 특히, 삼투막의 강력한 선택성 때문에 대부분의 이온, 거대분자, 미생물들을 투과시키지 않고 안전하게 음용이 가능한 물을 얻을 수 있다는 큰 장점이 있다.
현재까지 개발된 하이드레이션백은 정삼투 반투막(semi-permeable forward osmosis membrane)을 이용한 것이다. 즉, 상기 반투막을 이용하여 유도용액 저장용 내부백을 만들고, 상기 유도용액 저장백의 외부에 별도의 보호백을 씌워 상기 내부백과 보호백 사이에 원수가 채워질 수 있는 공간을 형성하는 구조이다. 그리하여, 원수에 상기 하이드레이션백을 담가 원수 공간 내에 원수가 채워지면 삼투(osmosis)의 원리에 따라 물이 내부백으로 확산되고, 그 결과 유도용액이 희석되어 음용수가 얻어진다. 이때, 상기 유도용액 저장백은 그 자체만으로 사용될 수도 있으나, 이동의 편의성을 목적으로 상업적으로는 보호백과 일체로 제공되는 것이 대부분이다.
그러나 현재까지 개발된 하이드레이션백은 상기와 같은 장점에도 불구하고 음용수를 얻는데 상당한 시간이 소요된다는 것이 큰 단점으로 지적되고 있다. 예컨대, 약 0.3리터의 물을 얻는데 대략 3 내지 4시간이 소요된다는 보고가 있다(참조: Tzahi Y. Cath, et al., Journal of Membrane Science, 281(2006), p70-87). 이와 같은 시간은 응급시 하이드레이션 백을 이용하는 데에 큰 제약이 되고 있어서, 빠른 시간 안에 음용수를 얻을 수 있는 하이드레이션백을 개발할 필요성이 대두되어 왔다.
결국 본 발명의 목적은 짧은 시간 내에 유도용액의 희석이 가능하여 음용수를 얻을 수 있는 유도용액 저장백을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유도용액 저장백을 포함하는 하이드레이션백을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도용액 저장백은 상단 및 하단이 개방되고 내부에 중공부를 형성하는 복수의 정삼투 중공사막이 고정부재에 의하여 접합된 중공사막군; 및, 상기 고정부재의 외곽으로부터 연장되어 상부 및 하부공간을 형성하되, 상기 상부 및 하부공간이 상기 중공부와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 상하의 내부백;을 포함한다. 상기 내부백의 일측에 유도용액 유출구가 추가로 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태의 유도용액 저장백은 양단이 개방되어 내부에 중공부를 형성하는 하나의 중공사막이 복수로 접히고, 상기 접힌 중공사막들이 고정부재에 의하여 지지되는 중공사막군; 및 상기 중공사막의 양단에서 연장되고, 상기 중공부와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 내부백을 포함한다. 역시, 상기 내부백의 일측에 유도용액 유출구가 추가로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 하이드레이션백은 상기 두 형태의 유도용액 저장백과; 상기 저장백의 외부에 원수 유출구가 형성된 보호백을 포함하여, 상기 보호백과 유도용액 저장백 사이의 공간에 원수가 채워지는 공간을 형성한다.
본 발명에 따른 유도용액 저장백과 이를 포함하는 하이드레이션 백의 경우에는 그 형태가 삼투가 일어나는 부분이 중공사로 되어있기 때문에 필름형태의 내부 백을 사용하는 종래의 하이드레이션백의 경우보다 삼투가 일어나는 표면적이 넓고, 그에 따라 단시간 내에 희석된 유도용액, 즉, 음용가능한 물을 얻을 수 있다.
본 발명의 하드레이션 백은 내부백과 보호백으로 구성된 2중층 구성의 하이드레이션 백에 있어서, 상기 내부백은 일부 또는 전부가 중공사 삼투막으로 구성된 유도용액 저장백인 것을 특징으로 한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 유도용액 저장백(110, 210)과 하이드레이션 백(100, 200)을 설명한다.
도1은 본 발명의 제1실시태양에 따른 유도용액 저장백(110)을 포함하는 하이드레이션백(100)의 사시도이고, 도2는 상기 하이드레이션백(100) 중의 유도용액 저장백(110) 부분에 대한 확대도이며, 도3은 상기 도2의 유도용액 저장백(110)의 A-A'면에 따른 단면도이고, 도4는 본 발명의 제1실시태양에 따른 유도용액 저장백(110)을 포함하는 하이드레이션백(100)의 모식적 부분단면도이다.
도1 내지 도4에서, 실시태양1에 따른 본 발명의 유도용액 저장백(110)은 상단 및 하단이 개방되고 내부에 중공부(121)를 형성하는 복수의 중공사막(120)이 고정부재(140)에 의하여 접합된 중공사막 군(130); 상기 고정부재(140)의 외곽으로부터 연장되어 상부 및 하부공간(151, 151')을 형성하되, 상기 상부 및 하부공간(151, 151')이 상기 중공부(121)와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 상하의 내부백(150, 150')을 포함한다.
상기 유도용액 저장백(110)에서, 중공사막 군(130)을 형성하는 각각의 중공 사막(120)의 외부에는 원수가 채워지거나(하이드레이션백 상태) 또는 원수가 흐르는(유도용액 저장백만을 단독사용하는 경우) 공간이며, 중공사막(120)의 내부인 중공부(121)는 유도용액이 채워지는 공간이다. 중공사막군(130)을 형성하는 중공사막(120)의 갯수에 관해서는 도면에 한정된 갯수만이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니어서 필요에 따라 조정될 수 있다. 한편, 상기 중공사막(120)은 정삼투(forward osmosis)가 가능한 중공사막이어야 하고, 본 발명의 취지에 따라, 정삼투가 가능한 막이면 그 재질에는 특별한 제한이 없다. 상기 정삼투 중공사막의 재질로서는 예컨대, 폴리아마이드, 셀룰로오스 아세테이트나 셀룰로오스 트리아세테이트, 또는 무기 필러가 충진된 이들의 복합재료들이 사용될 수 있다. 한편, 상기 유도용액 저정백에 사용되는 중공사막은 관형의 형태로 1 내지 50 mm 외경을 가지는 막으로, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 상기 중공사 막은 정삼투 중공사막으로서, 그 공극 직경이 0.0001 내지 0.01㎛을 가지는 것이 바람직하며, 0.0001㎛미만으로 작으면, 삼투압발생이 미미하고, 0.01㎛를 초과하면, 고농도의 유도용액이 원수쪽으로 확산되는 문제가 있다. 이때, 정삼투막의 두께는 가능한한 얇은 것이 유리한데 바람직한 막의 두께로는 10 내지 100㎛이며, 상기 막 두께가 200㎛를 초과하면, 확산되는 물의 양이 적어 바람직하지 않다.
상기 중공사막 군(130)은 상부 및 하부에 충진된 고정부재(140, 140')에 의하여 접합되어 일군의 묶음이 된다. 상기 고정부재(140, 140')는 중공사막(120)들을 접합하고 지지하는 한편 원수와 유도용액을 분리하는 기능을 한다. 그 결과, 상기 중공사막(120)들의 전 길이 중에서 고정부재들(140, 140') 사이의 안쪽 길이 부 분에서만 삼투가 발생한다. 따라서, 상기 중공사막(120)의 길이방향으로 길이 중에서 고정부재(140, 140')들의 바깥 쪽 길이는 짧을수록 좋다. 상기 고정부재(140, 140')의 안쪽 길이부분은 특별한 지지기구가 없이 사용될 수 있거나 또는 필요한 경우 별도의 지지기구가 추가로 구비된 경우에도 본 발명의 취지에 벗어나지 않음은 당연한 것이다. 상기 고정부재(140, 140')의 용도로는 중공사막(120)들을 접합시킬 수 있는 재질이면 어느 것이든 사용이 가능하며, 바람직하게는 에폭시나 폴리우레탄이다.
본 발명의 실시태양1에 따르는 유도용액 저장백(110)에 있어 상하의 내부백(150, 150')은 상기 고정부재(140, 140)')의 외각으로부터 연장되어 형성된다. 따라서, 고정부재(140)은 일부 중공사막(120)과 상하의 내부백(150, 150')을 접합하는 기능도 수행한다. 상기 상하의 내부백(150, 150')은 중공사막(120)과 함께하여 중공부(121) 및 상하의 내부백 공간(151, 151')을 포함하는 유도용액 저장공간을 형성한다. 본 발명의 취지에 따른 정삼투가 진행되면 유도용액 저장공간 내에 저장된 유도용액이 희석됨에 따른 부피팽창은 필연적인 것이므로, 상기 상하의 내부백(150, 150')의 재질은 이에 대응할 수 있는 것이어야 한다. 상하의 내부백(150, 150')의 재질은 원수와 유도용액을 차단할 수 있는 것이면 족하다. 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 등이 이 목적으로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 백(150, 150')은 일부가 접힌 상태에서 부피팽창에 따라 펼쳐지는 형태이거나 또는 풍선형으로 팽창하는 형태일 수도 있다. 한편, 본 실시태양에 따른 유도용액 저장백(110)의 사용에 있어 소요시간을 더욱 줄이기 위하여 상기 상하의 내부 백(150, 150')을 상기 중공사막(120)과 같은 재질이나 또는 다른 재질의 정삼투가 가능한 막으로 구성할 수도 있음은 물론이다.
실시태양1에 따르는 유도용액 저장백(110)에는 유도용액 입출구(160)가 상부 또는 하부백(150, 150')상의 적당한 위치에 구비되어 있다. 이는 수처리를 마친 유도용액의 흡입을 돕기 위해서, 또는 재사용을 목적으로 다시 유도용액을 투입하기 위한 것이다. 그러나, 상기 유도용액 저장백(110)은 유도용액 입출구(160)가 구비되지 않은 형태로, 즉, 특별한 추가구성 없이 그 자체로 사용이 가능하다. 즉, 내부에 유도용액이 충진된 상태에서 밀봉되어 보관되다 필요한 때에 수처리를 끝내고, 상하의 내부백(150, 150')의 일부를 찢거나 구멍을 내어 희석된 유도용액을 흡입하는 것이 가능한 형태임은 본 발명의 취지에 비추어 당연한 것이다.
실시태양1에 따르는 유도용액 저장백(100)의 외부에는 보호백(170)이 추가로 구비될 수 있다. 상기 보호백(170)은 상기 유도용액 저장백(110)을 외부와 격리시켜 외부의 충격으로부터 보호하는 한편, 상기 보호백(170)과 유도용액 저장백(110) 사이에 정수하고자 하는 원수를 저장하는 원수저장 공간(172)을 형성한다. 상기 보호백(160)에는 적절한 위치에 원수 유출구(180)가 구비되어 있다. 한편, 보호백(160)이 유도용액 저장백((110)의 외부에 구비된 경우에는 상기 유도용액 저장백(100)을 구성하는 내부백의 일측에 형성된 유도용액 유출구(160)는 원수가 채워지는 공간(172)과 보호백(170)을 통과할 수 있도록 연장되는 구조이어야 한다.
이하에서는 상기의 도면을 참조하여 실시태양1의 유도용액 저장백(110) 및 이를 포함하는 하이드레이션 백의 작용효과를 설명한다.
먼저, 중공사막(120)으로 형성된 정삼투막의 외부와 보호백 사이에는 정수대상인 원수가 채워지고, 중공사막(120) 안쪽의 내부공간(121)에는 유도용액이 채워진다. 이때, 정수대상이 되는 원수로서는 바다물 등의 염수나, 하천수, 흙탕물 등이 될 수 있다. 유도용액으로서는 음용이 가능한 용질이 고농도로 농축된 수용액이 사용된다. 상기 용도의 수용액으로서는, 예컨대, 글루코스(glucose), 푸룩토스(fructose), 이온음료 무기이온, NH4 +HCO3 -등이 사용될 수 있고, 바람직하기로는 온도를 올리면 기화가 가능한 기체가 이온쌍의 형태로 용해되어 있는 NH4 +HCO3 -이다.
상기 중공사막(120)의 양쪽에 상기와 같은 조건이 갖추어지면 삼투의 원리에 따라 정수대상인 원수에 포함되어 있는 순수한 물이 정수되어 상기 중공사막(120)을 통과하여 중공부(121)로 유입되고, 그에 따라 유도용액이 희석되게 된다. 희석과정에서 필요에 따라서는, 상기와 같은 정수를 돕기 위하여 상하의 내부백(150, 150')에 적당한 방법으로 압력을 가하거나 흔들어서 중공부(121) 내의 유도용액이 상부 및 하부공간(151, 151')에 저장된 유도용액과 혼합/교체될 수 있도록 한다. 희석된 유도용액은 중공부(121)와 상부 및 하부공간(151, 151')을 포함하는 내부공간에 저장되며, 희석이 진행됨에 따라 상하의 내부백(150, 150')이 부풀게 된다. 필요한 시간이 경과하여 유도용액의 희석이 원하는 수준이 되면 유도용액 유출구를 통하여 사용자가 유도용액을 음용할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 중공사막을 이용한 유도용액 저장백과 이를 이용한 하이드레이션백의 원리를 따르는 다른 실시태양를 설명한다.
도5는 본 발명의 실시태양2에 따르는 유도용액 저장백(210) 및 이를 포함하는 하이드레이션백(200)의 모식도이다. 본 발명의 실시태양2에 따르는 유도용액 저장백(210)은 양단이 개방되어 내부에 중공부를 형성하는 하나의 중공사막(120)이 복수로 접힌 중공사막군(230); 및 상기 중공사막(220)의 양단에서 연장되고, 상기 중공부와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 내부백(250)을 포함한다. 상기 내부백(250)의 일측에는 유도용액 입출구가 추가로 구비될 수 있다.
도5에서 보는 바와 같이, 실시태양2의 유도용액 저장백(210)은 길이가 연장된 하나의 중공사막(220)이 복수로 접혀서 중공사막군(230)을 형성한다. 상기 중공사 막군은 고정부재(240)에 의하여 지지될 수 있으나, 상기 고정부재(240)의 역할과 기능은 실시태양1에서의 고정부재(140)와 달리 필수구성이 아니라는 특징이 있다. 즉, 실시태양2의 고정부재(240)는 단순히 복수로 접힌 중공사막군(230)을 지지하는 기능을 하며, 상기 고정부재(240)에 의하여 원수공간과 유도용액 공간이 분리되는 것은 아니다. 따라서, 그 고정부재가 반드시 접착제 등일 필요는 없으며, 사용 상태에 따라 실이나 기타 유사한 기능의 부재로 상기 중공사막군(230)을 묶어서 지지하는 형태도 가능하며, 나아가, 접힌 중공사막군(230)이 스스로 형태를 유지할 수 있거나 또는 보호백에(270)에 의해 형태를 유지할 수 있는 경우라면 상기 고정부재(240)가 없는 구성의 유도용액 저장백(210)도 가능하다.
한편, 본 실시예에 따르는 내부백은 중공사막(220)의 개방된 양단으로부터 연장되어 구비된다. 따라서, 실시태양1의 유도용액 저장백(110)과는 다르게 내부백(250)이 하나만 구비되어 있다는 장점이 있으며, 그에 따라, 동일한 형태의 보호백(270) 내에 표면적이 넓은 중공사가 차지할 수 있는 공간이 확대됨으로써 유도용액의 희석에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다는 추가적인 장점이 있다. 그 밖에 중공사막(220), 내부백(240)의 재질이나 기능, 삼투의 원리 등에 관해서는 실시태양1에서와 같다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시태양 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
본 발명에 따른 유도용액 저장백과 하이드레이션 백은 오염된 물을 짧은 시간에 음용가능한 물로 전환시킬수 있으므로, 산악스포츠와 같은 레크리에이션용이나, 의료용, 재난대비용 또는 군사용으로 널리 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1실시태양에 따른 유도용액 저장백(110)을 포함하는 하이드레이션백(100)의 사시도이고,
도2는 상기 하이드레이션백(100) 중의 유도용액 저장백(110) 부분에 대한 확대도이며,
도3은 상기 도2의 유도용액 저장백(110)의 A-A'면에 따른 단면도이고,
도4는 본 발명의 제1실시태양에 따른 유도용액 저장백(110)을 포함하는 하이드레이션백(100)의 모식적 부분단면도이며,
도5는 본 발명의 제2실시태양에 따른 유도용액 저장백(210)을 포함하는 하이드레이션백(200)의 모식적 부분단면도이다.
<도면 주요부에 대한 부호의 설명>
100, 200 --- 하이드레이션백
110, 210 --- 유도용액 저장백
120, 220 --- 중공사막
130, 230 --- 중공사막군
140, 240 --- 고정부재
150, 150', 250 --- 내부백
160, 260 --- 유도용액 입출구
170, 270 --- 보호백
Claims (7)
- 유도용액 저장백과 상기 유도용액 저장백외 외측에 구비된 보호백으로 구성된 2중층 구성의 하이드레이션백에 있어서, 상기 유도용액 저장백의 일부 또는 전부가 정삼투 중공사막으로 구성된 유도용액 저장백인 것을 특징으로 하는 하이드레이션백.
- 상단 및 하단이 개방되고 내부에 중공부를 형성하는 복수의 정삼투 중공사막이 고정부재에 의하여 접합된 중공사막군; 및, 상기 고정부재의 외곽으로부터 연장되어 상부 및 하부공간을 형성하되, 상기 상부 및 하부공간이 상기 중공부와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 상하의 내부백;을 포함하는 유도용액 저장백.
- 제2항에 있어서, 상기 내부백의 일측에 유도용액 유출구가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 상기 유도용액 저장백.
- 제2항 또는 제3항에 따른 유도용액 저장백의 외부에 원수 유출구 형성된 보호백이 추가로 구비되어, 상기 보호백과 유도용액 저장백 사이의 공간에 원수가 채워지는 공간을 형성하는 하이드레이션 백.
- 양단이 개방되어 내부에 중공부를 형성하는 하나의 중공사막이 복수로 접히고, 상기 접힌 중공사막들이 고정부재에 의하여 지지되는 중공사막군; 및 상기 중공사막의 양단에서 연장되고, 상기 중공부와 함께 내부공간을 형성하여 유도용액이 저장되는 내부백을 포함하는 유도용액 저장백.
- 제5항에 있어서, 상기 내부백의 일측에 유도용액 유출구가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 상기 유도용액 저장백.
- 제5항 또는 제6항에 따른 유도용액 저장백의 외부에 원수 유출구 형성된 보호백이 추가로 구비되어, 상기 보호백과 유도용액 저장백 사이의 공간에 원수가 채워지는 공간을 형성하는 하이드레이션 백.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090136109A KR20110079137A (ko) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | 유도용액 저장백 및 이를 이용한 하이드레이션백 |
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Publications (1)
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ID=44918547
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR20110079137A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101537444B1 (ko) * | 2013-08-20 | 2015-07-16 | 한국기계연구원 | 다층구조의 정삼투 수분분리시스템 |
-
2009
- 2009-12-31 KR KR1020090136109A patent/KR20110079137A/ko not_active Application Discontinuation
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