KR20120088109A

KR20120088109A - 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20120088109A
Application number: KR1020110009227A
Authority: KR
Inventors: 창 섭 지; 병 희 전; 선 구 박; 명 호 유
Original assignee: (주)워트랩생활환경연구원
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-08

Abstract

본 발명은 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명의 중공사막 모듈은 포팅액으로 포팅된 포팅부위가 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 포팅되어진 2개 이상의 포팅층들로 이루어져 다층구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 내부에 중공사막들이 배열된 모듈케이스를 열풍공급부가 구비된 원심성형기에 장착시킨 후 높은 원심력하에서 제1포팅액을 모듈케이스의 원수 주입구를 통해 공급하면서 열풍공급부로 포팅부위에 열풍을 공급하여 포팅층을 형성시키는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복한 다음, 계속해서 보다 높은 원심력하에서 제1포팅액과 특성이 상이한 제2포팅액을 원수 주입구를 통해 공급하면서 열풍공급기로 포팅부위에 열풍을 공급하여 포팅층을 형성시키는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하여 중공사막 모듈의 포팅부위가 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 포팅되어진 2개 이상의 포팅층들로 이루어져 다층구조인 중공사막 모듈을 제조한다.
본 발명에 따른 상기 중공사막 모듈은 대형화 하여도 외력에 대한 저항성과 밀봉성이 뛰어나며, 모듈케이스 내부에서 중공사막이 움직여도 중공사막이 절단되는 것을 효과적으로 방지한다.

Description

다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈 및 그의 제조방법{Hollow fiber membrane module with multi-layer potting part and method of manufacturing the same}

본 발명은 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈(이하 "다층 포팅 중공사막 모듈" 이라고 약칭한다) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로는 본 발명은 중공사막 모듈을 구성하는 포팅부위가 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 다단계로 포팅되어져 2개 이상의 포팅층들로 이루어진 다층 구조인 다층 포팅 중공사막 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

막(Membrane)은 수처리분야, 의료분야, 식품분야 등에 있어서 액체-액체, 기체-액체, 고체-액체 분리 목적으로 다양하게 응용되고 있으며 특히 수처리분야 에서는 경제성과 안전성으로 인하여 새로운 적용을 위하여 많이 연구가 되고 있다. 특히 중공사막은 평막에 비하여 같은 공간에 많은 막 면적을 가지는 장점이 있으므로 경제성이 뛰어나 많이 적용하고 있는 추세이다.

이와 같이 많은 장점을 가진 중공사막은 프로세스에 적용 가능한 형태로 만들어져야만 이용이 가능한데 프로세스에 적용가능 하도록 만들어진 형태를 중공사막 모듈이라고 한다. 일반적으로 중공사막은 외압식, 내압식, 침지형등의 모듈을 제작하여 응용하고 있다. 외압식 또는 내압식 중공사막 모듈은 원통케이스에 중공사막을 삽입하고 양쪽끝단 또는 한쪽끝단을 수지로 밀봉하는 과정을 거치는데 이러한 과정을 포팅이라고 하며 이를 커팅 하여 유로를 형성시켜 중공사막 모듈을 제조한다. 이러한 중공사막 모듈은 사용중 어떠한 형태로든 압력을 받게 되는데 이러한 외부의 힘에 대하여 저항성이 있어야하며 또한 밀봉성을 유지하여야한다. 특히 경제성을 고려해야 하므로 현재 원통케이스의 크기가 8인치 내지 10인치까지 중공사막 모듈의 적용이 대형화되어 가고 있는 추세다. 이와 같이 대형화되어가는 중공사막 모듈은 같은 압력을 가하더라도 소형 모듈에 비하여 훨씬 많은 힘이 걸리게 되므로 포팅액의 기밀성이 떨어지게 되면 모듈 제조 후 또는 사용 중에도 누수 및 막의 파단 등으로 인한 사고가 발생하게 된다. 이런 이유로 대형화 되어가는 중공사막 모듈에 있어서 포팅된 부위의 힘에 대한 저항성 및 밀봉성은 중요한 기술로 작용 하게 된다. 또한 원통케이스의 직경이 크기 때문에 케이스 내부에 있는 중공사막의 움직임의 범위도 넓어져 사용 중 중공사막이 포팅부위의 경계선에서 절단되는 문제점이 종종 발생하게 된다.

일반적으로 중공사막 모듈을 제조하는 방법으로는 모듈에 필요로 하는 수량만큼의 중공사막 다발을 준비하여, 먼저 외부에서 중공사막의 끝 부위를 막아주는 공정이 필요하다. 이와 같이 중공사막 끝단을 막아주는 방법으로는 열에 의해 중공사막 자체를 녹여서 막는 방법, 열가소성 수지를 이용하여 막는 방법, 분말을 반죽하여 막는 방법등 다양하게 사용되어 지고 있다. 이러한 과정이 없으면 포팅 과정에서 접착제로 사용되는 포팅액이 중공사막 끝으로부터 내부로 침투하여 포팅부위를 절단하여 완제품이 되었을 때 유로가 형성되지 않기 때문이다. 이와 같이 중공사막 끝부분을 막은 중공사막 다발을 모듈케이스에 투입하고 적절한 포팅캡을 이용하여 고정하고 포팅액을 주입하여 중공사막과 케이스를 접착, 고정하는 포팅공정을 거치며 이후 일정시간 유지한 후 포팅캡을 제거하고 포팅부분의 불필요한 부분을 절단기로 절단, 제거하여 유로를 형성시킴 과 동시에 중공사막 모듈이 완성된다. 이때 포팅공정에 사용되는 방법으로는 크게 두 방법이 있는데 자중을 이용하여 성형하는 침적식 과 원심력을 이용하여 성형하는 원심성형법이 있다.

한국특허 공개번호 20-2008-0001065에는 침적식 방법에 의해 중공사막 모듈을 포팅 하는 방법이 기재되어 있다. 이러한 포팅방법은 비교적 장치가 간단하여 쉽게 중공사 모듈을 만들 수 있으나 모듈을 제조하면 포팅 과정에 형성된 기포가 발생하여 불량률이 높아지는 문제가 있다.

도 3에는 침적식 방법에 의한 포팅공정 개략도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하여 침적식 방법에 의한 포팅공정을 보다 구체적으로 살펴보면,

먼저 끝단을 막은 중공사막(2)을 모듈 케이스(1)에 삽입하고 포팅캡(4)을 부착 고정하여 모듈케이스(1)를 세워서 성형준비를 한 후 포팅액 주입구(5)를 이용하여 포팅액을 주입한다. 그러면 포팅액이 하부부터 충진 되면서 점점상부로 이송되며 원하는 위치까지 포팅액이 주입되면 포팅액의 주입을 정지하고 포팅액이 경화가 이루어 질 때까지 일정시간 유지한다. 이러한 방법은 자중에 의해 중공사막(2)과 모듈케이스(1)의 부착이 이루어지기 때문에 기본적으로 접착력이 약할 뿐만 아니라 포팅 후에도 포팅부위에 많은 기포가 존재하게 되어 불량의 원인이 된다. 그러므로 이러한 공정에서는 포팅액의 주입 중에 기포가 유입되는 것을 방지하고 기포의 발생을 최소화하기 위하여 포팅액 주입구(5)를 최대한 낮은 위치에 존재시켜 포팅액을 주입하여 기포 유입을 극복하기 위해 노력하지만 근본적인 해결책이 제시되지 않고 있다.

도 4에는 상기의 종래 원심성형기를 사용하는 원심성형방법에 의한 포팅공정 개략도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하여 원심성형법에 의한 종래의 포팅공정을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 끝단을 막은 중공사막(2)을 모듈 케이스(1)에 삽입하고 주입구를 갖추고 있는 포팅캡(4)을 부착 고정하여 구동 및 온도조절기구(11)를 갖춘 원심성형기에 장착하고 장치를 회전시키면서 포팅액 분배기(9)에 포팅액을 일정량 주입하면 원심력에 의해 포팅액이 중공사 막의 끝단으로 이송되어 고정, 접착이 이루어진다.

이러한 상태에서 일정 시간 유지 후 모듈케이스(1)를 원심성형기와 분리한 후 모듈을 제조하게 된다. 이와 같이 포팅에 원심성형기를 이용하는 방법에 있어서도 현재는 포팅액을 한차례만 주입하여 포팅이 이루어지므로 외부에서 중공사 끝부분을 막아 주는 공정이 필요하고 또한 포팅과정에서 기포의 유입을 최소화하기 위하여 포팅액 주입구(7)가 포팅 하고져 하는 부위의 맨 끝부분에 존재하게 된다.

물론 상기 포팅공정 및 포팅장치는 포팅액의 주입부가 끝 부분에 존재하므로 비교적 낮은 원심력에서도 기포의 유입이 방지되는 효과가 있는 것은 사실이다.

그러나 상기 포팅장치 및 포팅공정으로는 다른 물성의 포팅액을 이용하여 다단으로 포팅하는 것이 불가능하다.

본 발명의 과제는 앞에서 설명한 종래의 문제점들을 해결할 수 있도록 중공사막 모듈을 대형으로 제작시에도 외력에 대한 저항성과 밀봉성이 뛰어나며, 모듈케이스 내부에서 중공사막이 움직여도 중공사막이 절단되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 다층 포팅 중공사막 모듈 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 내부에 중공사막들이 배열된 모듈케이스를 열풍공급부가 구비된 원심성형기에 장착시킨 후 높은 원심력하에서 제1포팅액을 모듈케이스의 원수 주입구를 통해 공급하면서 열풍공급부로 포팅부위에 열풍을 공급하여 포팅층을 형성시키는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복한 다음, 계속해서 보다 높은 원심력하에서 제1포팅액과 특성이 상이한 제2포팅액을 원수 주입구를 통해 공급하면서 열풍공급기로 포팅부위에 열풍을 공급하여 포팅층을 형성시키는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하여 중공사막 모듈의 포팅부위가 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 포팅되어진 2개 이상의 포팅층들로 이루어져 다층구조인 중공사막 모듈을 제조한다.

본 발명에 따른 상기 중공사막 모듈은 대형화 하여도 외력에 대한 저항성과 밀봉성이 뛰어나며, 모듈케이스 내부에서 중공사막이 움직여도 중공사막이 절단되는 것을 효과적으로 방지한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 단면 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 원심 성형 방법으로 포팅부위를 다층으로 포팅하는 포팅공정 개략도.
도 3은 종래 침적식 방법에 의한 포팅공정 개략도.
도 4는 종래 원심 성형 방법에 의한 포팅공정 개략도.

이하, 첨부한 도면 등을 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 원수 주입구가 형성된 모듈케이스 내부에 중공사막들이 배열되어 있으며 상기 중공사막들의 양측 말단 각각에는 중공사막들이 포팅액에 의해 포팅되어 있는 포팅부위가 위치하며, 상기 포팅부위는 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 포팅되어진 2개 이상의 포팅층들로 이루어져 다층구조이다.

도 1은 본 발명에 따른 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 단면 개략도 이다.

상기 포팅부위는 2~4개의 포팅층으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 포팅층들 중 적어도 1개의 포팅층은 열경화성 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등으로 구성되어 고무 경도계(TECLOCK 회사 GS-701N 모델)로 측정한 경화 후 경도가 50~98인 것이 중공사막과 모듈케이스간의 접착력과 외부충격에 대한 저항성을 향상시키는데 바람직하다.

상기 경도가 50 미만인 경우에는 외부힘에 대한 저항성이 떨어져 중공사막과 모듈케이스가 박리될 가능성과 누수 가능성이 높아져 바람직하지 못하고, 98을 초과하는 경우에는 포팅후 절단 공정이 어렵게 되어 바람직하지 못하다.

또한, 상기 포팅층들 중 적어도 1개의 포팅층은 연성 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등으로 구성되어 고무 경도계(TECLOCK GS-701N 모델)로 측정한 경화 후 경도가 5~50인 것이 외부에서 가해지는 힘을 효과적으로 흡수하는 성능을 부여하는데 바람직하다.

상기 경도가 50을 초과하는 경우에는 외부 힘을 완충하는 기능이 저하되고, 5 미만인 경우에는 중공사막과 모듈케이스 간의 접착력이 떨어져 박리될 가능성이 높아져 바람직하지 못하다.

예를 들어, 도 1과 같이 포팅부위가 가장 외측에 위치하는 제1포팅층(A), 중간에 위치하는 제2포팅층(B) 및 가장 내측에 위치하는 제3포팅층(C)으로 구성된 3층 구조인 경우, 상기 제1포팅층(A)과 제2포팅층(B)을 상기의 경화 후 경도가 50~98인 포팅층으로 형성하고 제3포팅층(C)을 상기의 경화 후 경도가 5~50인 포팅층으로 형성할 수 있다.

또 다른 구현예로 상기 제1포팅층(A)을 상기의 경화 후 경도가 50~98인 포팅층으로 형성하고, 제2포팅층(B) 및 제3포팅층(C)을 상기의 경화 후 경도가 50~98인 포팅층으로 형성할 수 있다.

또한, 가장 외측에 위치하는 상기 제1포팅층(A)은 제2포팅층(B) 및 제3포팅층(C) 형성시 제2포팅액 및 제3포팅액이 중공사막 내부로 침투하는 것을 방지하기 위해 중공사막의 말단을 막아주는 역할을 담당하기 때문에 경화성 폴리우레탄 또는 에폭시 수지 등과 같이 경화시간이 짧은 수지를 포팅액으로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 가장 내측에 위치하는 제3포팅층(C)은 중공사막 모듈 내에서 중공사막이 액의 흐름에 의한 움직임에 의해 절단되는 것을 방지하기 위해서 연성 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등과 같이 접착력이 우수하고 고무와 같이 경도가 낮은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로는 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 다층 포팅 중공사막 모듈의 제조방법, 보다 구체적으로는 포팅공정에 대하여 상세하게 살펴본다.

도 2는 본 발명의 포팅공정 개략도이다.

먼저, 본 발명은 원수 주입구(5)가 포팅액으로 포팅되는 포팅부위(X) 보다 안쪽에 형성된 모듈케이스(1) 내부에 중공사막(2)을 배열한다.

다음으로는, 내부에 중공사막(2)이 배열된 모듈케이스(1) 양측 말단을 원심성형기의 포팅캡(4)에 장착한 후, 원심성형기의 모듈고정부(13)와 장착용 치구(14)로 상기 모듈케이스(1)를 원심성형기에 고정시킨다.

다음으로는, 원심성형기의 회전구동부(11)로 원심성형기에 장착된 모듈케이스(1)를 80~200g의 원심력으로 회전시키면서, 원심성형기의 포팅액 분배기(9)로 제1포팅액을 원심성형기의 포팅액 유로(8)을 통해 모듈케이스에 형성된 상기의 원수주입구(5)를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 1차 포팅액을 모듈케이스 내에 배열된 중공사막의 양측 말단부로 이송하여 중공사막들 사이에 함침시키고, 원심성형기의 열풍공급부(12)를 통해 1차 포팅액이 함침된 중공사막의 양측 말단부로 열풍을 공급해 포팅층을 형성하는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하는 제1포팅공정을 거쳐 가장 외측에 위치하는 제1포팅층(A) 또는 상기 제1포팅층과 상기 제1포팅층 보다 내측에 위치하는 1개 이상의 포팅층들을 형성한다.

다음으로는,원심성형기의 회전구동부(11)로 원심성형기에 장착된 모듈케이스(1)를 80~200g의 원심력으로 계속 회전시키면서, 원심성형기의 포팅액 분배기(9)로 제1포팅액과는 특성이 서로 상이한 제2포팅액을 원심성형기의 포팅액 유로(8)을 통해 모듈케이스에 형성된 상기의 원수 주입구(5)를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 상기 2차 포팅액을 모듈케이스 내에 배열된 중공사막이 양측 말단부로 이송하여 제1포팅공정에서 형성된 포팅층과 인접하는 중공사막들 사이에 함침 시키고, 원심성형기의 열풍 공급부(12)를 통해 2차 포팅액이 함침된 중공사막이 양측 말단부로 열풍을 공급해 또 다른 포팅층을 형성하는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하는 제2포팅공정을 거쳐 가장 내측에 위치하는 제3포팅층(C) 또는 상기 제3포팅층(C)과 제1포팅층(A) 사이에 위치하는 1개 이상의 포팅층들을 형성한다.

다음으로는, 제2포팅공정 완료 후 상기 모듈케이스(1)를 원심성형기로 부터 분리하여 본 발명의 다층 포팅 중공사막 모듈을 제조한다.

각각의 포팅공정 후 중공사막 내에 침투된 포팅액이 경화 또는 건조될 수 있도록 약 30분 내지 1시간 정도 방치해 준다.

상기에서 설명한, 다시 말해 본 발명에서 사용하는 원심성형기는 포팅부위에 열풍을 공급하는 열풍 공급부(12), 모듈케이스(1)를 회전시켜 원심력을 부여하는 회전구동부(11), 모듈케이스의 양측 말단으로 포팅액을 분배해 주는 포팅액 분배기(9), 포팅액 분배기와 모듈케이스의 원수 주입구(15)를 연결해 주는 포팅액 유로(8), 모듈케이스 양측 말단에 장착되는 포팅캡(4),상기 포팅캡이 양측 말단에 장착된 모듈케이스를 고정해 주는 모듈고정부(13) 및 장착용 치구(14)로 구성된다.

상기 열풍 공급부(12)는 송풍을 위한 모터(M), 공기를 가열해 주는 히터(H) 및 온도조절기(C)를 포함한다.

상기 회전 구동부는 회전 모터(M)와 회전속도조절기(C)를 포함한다.

상기 제1포팅액으로는 열경화성 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용하고 제2포팅액으로는 연성 폴리우레탄 수지 또는 실리콘 수지 등을 사용한다.

다단 포팅공정에서 포팅액들을 중공사막 말단으로 효과적으로 이송하기 위해서는 첫번째 포팅층을 형성하는 공정에서 마지막 포팅층을 형성하는 공정으로 갈수록 원심성형기의 회전구동부로 원심성형기에 장착된 모듈케이스를 회전시키는 원심력을 점진적으로 증가시켜 주는 것이 바람직하다.

다만 포팅시 먼저 포팅한 코팅액이 포팅액 유로(8) 내부에 남지 않도록 상기 포팅액 유로(8) 내부는 테프론 수지 등과 같이 이형성이 좋은 재질로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명의 중공 다층 포팅 중공사막 모듈의 제조방법은 도 4에 도시된 종래 원심 성형 방식에 의한 포팅공정과 비교시, 포팅부위에 열풍공급부(12)로 열풍을 공급하는 점, 포팅부위에 인접되게 형성된 별도의 포팅주입구 대신 모듈케이스에 포팅부위 보다 안쪽에 형성된 원수 주입구(5)로 포팅액을 주입하는 점, 회전구동부(11)에 의해 회전하는 모듈케이스(1)의 원심력을 높게 설정해 주는 점 및 특성이 상이한 서로 상이한 제1포팅액과 제2포팅액으로 다단계로 포팅공정을 실시하는점들이 상이하며, 본 발명은 이들 차이점들을 특징으로 한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명의 보호범위는 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

원수 주입구가 포팅부위 보다 안쪽에 형성되어 있으며, 내경이 196㎜이고 길이가 2,200㎜인 모듈케이스 내에 외경이 1.8㎜이고 내경이 1.2㎜인 중공사막 5,000가닥을 배열하여 내부에 중공사막이 배열된 모듈케이스를 제조하였다.

다음으로는, 상기와 같이 제조된 모듈케이스(내부에 중공사막이 배열됨) 양측 말단을 도 2에 도시된 바와 같은 원심성형기의 테프론 재질의 포팅캡(4)에 장착한 후 원심성형기의 모듈고정부(13)와 장착용 치구(14)로 상기 모듈케이스를 원심성형기에 고정하였다.

다음으로, 원심성형기의 회전구동부(11)로 원심성형기에 장착된 모듈케이스(1)를 분당 220회로 회전시켜 100g의 원심력을 부여하면서 원심성형기의 포팅액 분배기(9)로 열경화성 폴리우레탄 수지인 제1포팅액 450g을 포팅액 유로(8)를 통해 상기 원수 주입구(5)를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 1차 포팅액을 중공사막 양측 말단부로 이송시켜 중공사막들 사이에 함침시키고, 원심성형기의 열풍 공급부(12)를 통해 1차 포팅액이 포함된 중공사막의 양측 말단부로 60℃ 열풍을 공급한 후 30분간 방치하여 모듈케이스의 최외측에 위치하는 제1포팅층(A)을 형성하였다.

다음으로는, 원심력을 105g으로 변경한 것을 제외하고는 상기 제1포팅층(A)을 형성하는 포팅공정과 동일한 방법으로 제2포팅층을 형성하였다.

다음으로, 원심력 110g으로 변경한 것과 경화성 폴리우레탄 수지인 제1포팅액 450g 대신에 실리콘 수지인 제2포팅액 2kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 제1포팅층(A)을 형성하는 포팅공정과 동일한 방법으로 제3포팅층(C)을 형성하였다.

다음으로, 3단계에 걸친 포팅공정에 완료된 모듈케이스(1)를 원심성형기에서 분리하여 60℃의 항온실에서 2일간 숙성시킨 후, 중공사막의 양측 말단부를 절단하여 유로를 형성하여 다단 포팅 중공사막 모듈을 제조하였다.

상기 제1포팅층(A) 및 제2포팅층(B)의 경화 후 경도(TCCLOCK회사 GS-701N 모델로 측정)는 95이였고, 제3포팅층(C)의 경화 후 (TCCLOCK회사 GS-701N 모델로 측정)는 15 이였다.

제조된 다층 포팅 중공사막 모듈 10개 5kg/㎠의 수압을 가해 누수시험을 한 결과 10개 모두 누수가 없었고, 5kg/㎠의 압력을 5초 간격으로 40,000회까지 반복적으로 가한후에도 누수 현상이나 중공사막의 절단 현상이 발생되지 않았다.

비교실시예 1

다음으로, 원심성형기의 회전구동부(11)로 원심성형기에 장착된 모듈케이스(1)를 분당 100회로 회전시켜 55g의 원심력을 부여하면서 원심성형기의 포팅액 분배기(9)로 열경화성 폴리우레탄 수지인 제1포팅액 450g을 포팅액 유로(8)를 통해 상기 원수 주입구(5)를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 1차 포팅액을 중공사막 양측 말단부로 이송시켜 중공사막들 사이에 함침시키고, 원심성형기의 열풍 공급부(12)를 통해 1차 포팅액이 포함된 중공사막의 양측 말단부로 60℃ 열풍을 공급한 후 30분간 방치하여 모듈케이스의 최외측에 위치하는 제1포팅층(A)을 형성하였다.

다음으로는, 상기 제1포팅층(A)을 형성하는 포팅공정과 동일한 방법으로 제2포팅층을 형성하였다.

다음으로, 경화성 폴리우레탄 수지인 제1포팅액 450g 대신에 실리콘 수지인 제2포팅액 3kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 제1포팅층(A)을 형성하는 포팅공정과 동일한 방법으로 제3포팅층(C)을 형성하였다.

상기 제1포팅층(A) 및 제2포팅층(B)의 경화 후 경도(TCCLOCK회사 GS-701N 모델로 측정)는 93이였고, 제3포팅층(C)의 경화 후 (TCCLOCK회사 GS-701N 모델로 측정)는 15 이였다.

제조된 다층 포팅 중공사막 모듈 10개 5kg/㎠의 수압을 가해 누수시험을 한 결과 8개는 누수 없었으나 나머지 2개에서는 누수가 발생되었고, 5kg/㎠의 압력을 5초 간격으로 40,000회까지 반복적으로 가한후 4개의 모듈 중 2개의 모듈에서 누수 현상과 중공사막의 절단 현상이 발생되었다.

비교실시예 2

다음으로는, 상기와 같이 제조된 모듈케이스(내부에 중공사막이 배열됨) 양측 말단을 도 4에 도시된 바와 같은 종래 원심성형기의 테프론 재질의 포팅캡(4)에 장착한 후 원심성형기의 모듈고정부(13)와 장착용 치구(14)로 상기 모듈케이스를 원심성형기에 고정하였다.

다음으로, 원심성형기의 회전구동부(11)로 원심성형기에 장착된 모듈케이스(1)를 분당 120회로 회전시켜 60g의 원심력을 부여하면서 원심성형기의 포팅액 분배기(9)로 열경화성 폴리우레탄 수지인 포팅액 4.5kg을 포팅액 유로(8)를 통해 포팅캡에 인접하게 위치하는 포팅액 주입구(5)를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 1차 포팅액을 중공사막 양측 말단부로 이송시켜 중공사막들 사이에 함침시키킨후, 30분간 방치하여 1층인 포팅층을 형성하였다.

다음으로, 1단계에 걸친 포팅공정에 완료된 모듈케이스(1)를 원심성형기에서 분리하여 60℃의 항온실에서 2일간 숙성시킨 후, 중공사막의 양측 말단부를 절단하여 유로를 형성하여 다단 포팅 중공사막 모듈을 제조하였다.

상기 포팅층의 경화 후 경도(TCCLOCK회사 GS-701N 모델로 측정)는 95이였다.

제조된 다층 포팅 중공사막 모듈 10개 5kg/㎠의 수압을 가해 누수시험을 한 결과 10개 모두 누수가 없었고, 5kg/㎠의 압력을 5초 간격으로 40,000회까지 반복적으로 가한후에도 누수 현상은 없었으나 중공사막의 절단 현상이 발생되었다.

비교실시예 3

다음으로는, 상기와 같이 제조된 모듈케이스(내부에 중공사막이 배열됨) 양측 말단을 도 3에 도시된 바와 같이 테프론 재질의 포팅캡(4)을 장착한 후 모듈을 세워서 침적식 방법에 따라 열경화성 폴리우레탄 수지인 제1포팅액 450g을 이액형 정량 주입기로 포팅부위로 투입한 후 30분간 방치하였다.

다음으로, 열경화성 폴리우레탄 수지인 제2포팅액 3kg을 이액형 정량 주입구로 포팅부위로 투입하려 하였으나 1차 포팅액이 포팅액의 유로를 막아버려 2차 포팅공정을 실시할 수 없었다.

A : 제1포팅층 B : 제2포팅층
C : 제3포팅층
1 : 모듈케이스 2 : 중공사막
3 :원수 주입구 4 : 포팅캡
5 : 포팅액 주입구 6 : O-Ring
8 : 포팅액 유로 9 : 포팅액 분배기
10 : 고정용 치구 11 : 회전구동부
12 : 열풍공급부 13 : 모듈고정부
14 : 장착용 치구
M : 구동모터 H : 히터
C : 온도 콘트롤러 X : 포팅부위

Claims

원수 주입구가 형성된 모듈케이스 내부에 중공사막들이 배열되어 있으며 상기 중공사막들의 양측 말단 각각에는 중공사막들이 포팅액에 의해 포팅되어 있는 포팅부위가 위치하는 중공사막 모듈에 있어서, 상기 포팅부위는 특성이 서로 상이한 포팅액들에 의해 포팅되어진 2개 이상의 포팅층들로 이루어져 다층구조인 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 포팅부위는 2~4개의 포팅층들로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 포팅부위내 포팅층들 중 적어도 1개의 포팅층은 열경화성 폴리우레탄 수지 및 에폭시 수지 중에서 선택된 1종의 수지로 구성되어 고무 경도계(TECLOCK 회사 GS-701N 모델)로 측정한 경화 후 경도가 50~98인 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 포팅부위내 포팅층들 중 적어도 1개의 포팅층은 연성 폴리우레탄 수지 및 실리콘 수지 중에서 선택된 1종의 수지로 구성되어 고무경도계(TECLOCK 회사 GS-701N 모델)로 측정한 경화 후 경도가 5~50인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈.
(ⅰ) 원수 주입구가 포팅액으로 포팅되는 포팅부위 보다 안쪽에 형성된 모듈케이스 내부에 중공사막을 배열하는 공정 :
(ⅱ) 내부에 중공사막이 배열된 모듈케이스 양측 말단을 원심성형기의 포팅캡에 장착한 후, 원심성형기의 모듈고정부와 장착용 치구로 상기 모듈케이스를 원심성형기에 고정시키는 공정 :
(ⅲ) 원심성형기의 회전구동부로 원심성형기에 장착된 모듈케이스를 80~200g의 원심력으로 회전시키면서, 원심성형기의 포팅액 분배기로 제1포팅액을 원심성형기의 포팅액 유로를 통해 모듈케이스에 형성된 상기의 원수 주입구를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 1차 포팅액을 모듈케이스 내에 배열된 중공사막의 양측 말단부로 이송하여 중공사막들 사이에 함침시키고, 원심성형기의 열풍공급부를 통해 1차 포팅액이 함침된 중공사막의 양측 말단부로 열풍을 공급해 포팅층을 형성하는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하는 제1포팅공정 :
(ⅳ) 원심성형기의 회전구동부로 원심성형기에 장착된 모듈케이스를 80~200g의 원심력으로 계속 회전시키면서, 원심성형기의 포팅액 분배기로 제1포팅액과는 특성이 서로 상이한 제2포팅액을 원심성형기의 포팅액 유로를 통해 모듈케이스에 형성된 상기의 원수 주입구를 통해 주입한 후 원심력에 의해 주입된 상기 2차 포팅액을 모듈케이스 내에 배열된 중공사막의 양측 말단부로 이송하여 제1포팅공정에서 형성된 포팅층과 인접하는 중공사막들 사이에 함침시키고, 원심성형기의 열풍공급부를 통해 2차 포팅액이 함침된 중공사막의 양측 말단부로 열풍을 공급해 또 다른 포팅층을 형성하는 포팅공정을 1회 또는 2회 이상 반복하는 제2포팅공정 : 및
(ⅴ) 제2포팅공정 완료 후 상기 모듈케이스를 원심성형기로 부터 분리하는 공정 : 들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 원심성형기는 포팅부위에 열풍을 공급하는 열풍공급부, 모듈케이스를 회전시켜 원심력을 부여하는 회전구동부, 모듈케이스의 양측 말단으로 포팅액을 분배해 주는 포팅액 분배기, 포팅액 분배기와 모듈케이스의 원수주입구를 연결해 주는 포팅액 유로, 모듈케이스의 양측 말단에 장착되는 포팅캡, 상기 포팅캡이 양측 말단에 장착된 모듈케이스를 고정해 주는 모듈고정부 및 장착용 치구로 구성되는 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.
제5항에 있어서, 제1포팅액은 열경화성 폴리우레탄 수지 및 에폭시 수지 중에서 선택된 1종의 수지인 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.
제5항에 있어서, 제2포팅액은 연성 폴리우레탄 수지 및 실리콘 수지 중에서 선택된 1종의 수지인 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.
제5항에 있어서, 첫번째 포팅층을 형성하는 공정에서 마지막 포팅층을 형성하는 공정으로 갈수록 원심성형기의 회전구동부로 원심성형기에 장착된 모듈케이스를 회전시키는 원심력을 점진적으로 증가시켜 주는 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.
제5항에 있어서, 원심성형기의 포팅액 유로 내부는 테프론 수지로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 다층구조의 포팅부위를 갖는 중공사막 모듈의 제조방법.