KR20120122381A - 중공사막 모듈 - Google Patents

Abstract

우수한 투과 유량을 가지면서도 수려한 외관을 갖도록 용이하게 제조될 수 있는 중공사막 모듈이 개시된다. 본 발명의 중공사막 모듈은, 개방단을 갖는 튜브형 바디; 상기 바디의 상기 개방단이 삽입되는 캡; 상기 캡 내에 위치하며 상기 바디의 개방단과 상기 캡의 내면에 의해 정의되는 캡 내부 공간을 분할하는 고정층; 상기 고정층에 포팅되어 있는 중공사막을 포함하되, 상기 바디의 개방단이 삽입된 상기 캡의 말단 측 내주면을 따라 캡 홈이 형성되어 있다.

Description

중공사막 모듈{Hollow Fiber Membrane Module}

본 발명은 수처리를 위한 중공사막 모듈에 관한 것이다.

유체로부터 오염물질을 제거하여 정수하는 수처리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 방법과 여과막을 이용하는 방법이 있다.

여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질이 안정적으로 얻어질 수 있으므로, 여과막을 이용하는 방법이 가열이나 상변화를 이용하는 방법에 비해 공정의 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 또한, 여과막을 이용할 경우 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물을 이용하는 분리 공정에서 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.

여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS : Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.

이러한 중공사막 모듈의 하나로는, 처리하고자 하는 유체의 수조에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막 내부에 음압(negative pressure)을 가하여 유체만을 선택적으로 중공사 내부로 투과시킴으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 분리하는 흡입식 중공사막 모듈이 있다. 흡입식 중공사막 모듈을 채택하여 여과장치를 제조하면 유체의 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있다. 그러나 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.

이에 반해, 처리하여야 할 유체를 중공사막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 모듈의 경우에는, 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있지만 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기 때문에 제조 및 운영에 많은 비용이 요구된다. 더욱이, 가압식 중공사막 모듈의 경우 가압 여과를 위해 중공사막 다발이 모듈 케이스 내에 존재하여야 하기 때문에 모듈 제조 공정이 까다롭다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 중공사막 모듈에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 우수한 투과 유량을 가지면서도 수려한 외관을 갖도록 용이하게 제조될 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 관점은, 수려한 외관을 갖도록 용이하게 제조될 수 있을 뿐만 아니라 원수 또는 여과수의 리크를 방지할 수 있는 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 개방단을 갖는 튜브형 바디; 상기 바디의 상기 개방단이 삽입되는 캡; 상기 캡 내에 위치하며 상기 바디의 개방단과 상기 캡의 내면에 의해 정의되는 캡 내부 공간을 분할하는 고정층; 상기 고정층에 포팅되어 있는 중공사막을 포함하되, 상기 바디의 개방단이 삽입된 상기 캡의 말단 측 내주면을 따라 캡 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈이 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 따라, 제1 및 제2 개방단들을 갖는 튜브형 바디; 상기 바디의 상기 제1 및 제2 개방단들이 각각 삽입되는 제1 및 제2 캡들, - 상기 바디의 상기 제1 개방단이 삽입된 상기 제1 캡의 말단 측 내주면을 따라 제1 캡 홈이 형성되어 있고, 상기 바디의 상기 제2 개방단이 삽입된 상기 제2 캡의 말단 측 내주면을 따라 제2 캡 홈이 형성되어 있음 -; 상기 제1 및 제2 캡들 내에 각각 위치하며, 상기 바디의 제1 및 제2 개방단들과 상기 제1 및 제2 캡들의 내면들에 의해 각각 정의되는 제1 및 제2 캡 내부 공간들을 각각 분할하는 제1 및 제2 고정층들; 상기 바디를 관통하며 상기 제1 및 제2 고정층들에 양 말단들이 각각 포팅되어 있는 중공사막; 및 상기 제1 및 제2 캡 홈들에 각각 삽입되는 제1 및 제2 O-링들을 포함하는 중공사막 모듈이 제공된다.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 우수한 투과 유량을 갖는 가압식 중공사막 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 중공사막 모듈은 수려한 외관을 갖게 되기 때문에 중공사막 모듈의 상품성이 증대될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 중공사막 모듈로부터의 원수 또는 여과수의 리크 방지를 통해 여과 시스템의 안정적 운용이 담보될 수 있다.

이 밖에도, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악되어질 수도 있을 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈의 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중공사막 모듈(100)은 제1 및 제2 개방단들을 갖는 튜브형 바디(110)를 포함한다. 상기 바디(110)는 원형의 단면을 갖는 원통형일 수 있으나, 다각형 단면을 가져도 무방하다.

상기 바디의 상기 제1 및 제2 개방단들은 제1 및 제2 캡들(121, 122)에 각각 삽입된다. 상기 제1 및 제2 캡들(121, 122) 내에는 제1 및 제2 고정층들(131, 132)이 각각 위치한다. 제1 및 제2 고정층들(131, 132)은 상기 바디(110)의 제1 및 제2 개방단들과 상기 제1 및 제2 캡들(121, 122)의 내면들에 의해 각각 정의되는 제1 및 제2 캡 내부 공간들(CS1, CS2)을 각각 분할한다.

구체적으로, 상기 제1 캡(121)은 생산된 여과수를 상기 중공사막 모듈(100)로부터 배출하기 위한 여과수 배출 포트(121a)를 포함한다. 상기 제1 고정층(131)은 상기 제1 캡 내부 공간(CS1)을 상기 여과수 배출 포트(121a) 측의 제1 공간(S1) 및 상기 바디(110) 측의 제2 공간(S2)으로 분할한다. 상기 제1 공간(S1)은 여과수가 모이는 공간으로서 기능을 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 캡(121)은 여과 작업의 진행에 따라 상기 제2 공간(S2)으로 흘러들어온 농축수의 배출을 위한 농축수 배출 포트(121b)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 캡(122)은 여과 작업 종료 후 상기 중공사막 모듈(100) 내에 존재하는 원수를 배출하기 위한 드레인 포트(122a)를 포함한다. 상기 제2 고정층(132)은 상기 제2 캡 내부 공간(CS2)을 상기 드레인 포트(122a) 측의 제3 공간(S3) 및 상기 바디(110) 측의 제4 공간(S4)으로 분할한다.

여과 작업 종료 후 상기 중공사막 모듈(100) 내에 존재하는 원수를 드레인 포트(122a)를 통해 배출하기 위해서는 상기 제3 공간(S3)과 상기 제4 공간(S4)이 유체 연통할 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명의 상기 제2 고정층(132)에는 다수 개의 관통홀들(H)이 형성되어 있다.

상기 제2 캡(122)은 상기 중공사막 모듈(100) 외부로부터 상기 제4 공간(S4)으로의 원수 유입을 위한 유입 포트(122b)를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 처리되어야 할 원수가 상기 중공사막 모듈(100) 외부로부터 상기 제3 공간(S3)으로 직접 유입되도록 중공사막 모듈(100)을 설계할 수도 있다. 이 경우 상기 제3 공간(S3)으로 유입된 원수가 제2 고정층(132)의 관통홀들(H)을 통해 바디(110) 측으로 흐를 수 있다.

상기 제1 및 제2 고정층들(131, 132)에 중공사막(140)의 양 말단들이 각각 포팅되어 있다. 따라서, 중공사막(140)은 상기 바디(110)를 관통한다.

중공사막(140)은 튜브형 막으로서 중공을 갖는다. 중공사막(140)의 외부에 존재하는 원수 중에서 불순물을 제외한 순수한 물만이 중공사막(140)을 통과하여 중공사막(140)의 중공으로 이동함으로써 여과 작업이 수행된다. 일반적으로 하나의 중공사막 모듈(100)은 다수 개의 중공사막들(140)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 중공사막(140)의 제1 말단은 상기 중공사막(140)의 중공이 상기 제1 공간(S1)과 유체 연통할 수 있는 방식으로 상기 제1 고정층(131)에 포팅되어 있다. 반대로, 상기 중공사막(140)의 제2 말단은 상기 중공사막(140)의 중공이 상기 제3 공간(S3)과 유체 연통할 수 없는 방식으로 상기 제2 고정층(132)에 포팅되어 있다. 즉, 중공사막(140)의 제2 말단은 상기 제2 고정층(132) 내에 묻혀있다. 따라서, 중공사막(140)을 투과한 여과수는 오직 상기 제1 공간(S1)으로만 흐를 수 있다.

선택적으로, 중공사막(140)이 포팅되어 있는 제1 고정층(131)과 제1 캡(121)의 내면 사이에 실링제(미도시)가 개재될 수 있다. 이러한 실링제는 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 완전히 차단함으로써, 중공사막(140)을 투과하여 상기 제1 공간(S1) 흘러 들어간 여과수가 상기 제2 공간(S2) 내의 원수와 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 제2 고정층(132)과 제2 캡(122)의 내면 사이에도 실링제(미도시)가 개재될 수 있다.

상기 제1 및 제2 고정층들(131, 132)은 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등으로 형성될 수 있다. 선택적으로, 이들 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 제1 및 제2 고정층들(131, 132)의 강도 향상을 꾀할 수도 있다.

조립식 구조를 갖는 본 발명의 중공사막 모듈(100)은 튜브형 바디(110)의 제1 및 제2 개방단들을 제1 및 제2 캡들(121, 122)에 각각 삽입시킴으로써 용이하게 제조될 수 있다.

바디(110)와 제1 및 제2 캡들(121, 122)은 접착제에 의해 단단히 결합될 수 있다. 즉, 도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 중공사막 모듈(100)은 상기 바디(110)와 상기 제1 캡(121) 사이의 제1 접착층(151) 및 상기 바디(110)와 상기 제2 캡(122) 사이의 제2 접착층(152)을 더 포함할 수 있다.

이를 위하여, 튜브형 바디(110)의 제1 및 제2 개방단들의 외주면 및/또는 제1 및 제2 캡들(121, 122)의 내주면들 상에 접착제를 바른 후 삽입 공정이 수행된다. 이 때, 상기 삽입 공정 중에 접착제가 마찰력에 의해 바디(110)와 제1 및 제2 캡들(121, 122)의 접착 영역 밖으로 밀려나는 현상이 발생하고, 상기 접착 영역 밖으로 밀려나와 경화된 접착제는 중공사막 모듈(100)의 심미감 및 상품성을 저하시킨다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 바디(110)의 상기 제1 개방단이 삽입되는 상기 제1 캡(121)의 말단 측 내주면을 따라 제1 캡 홈(CG1)이 형성되어 있고, 상기 바디(110)의 상기 제2 개방단이 삽입된 상기 제2 캡(122)의 말단 측 내주면을 따라 제2 캡 홈(CG2)이 형성되어 있다. 선택적으로, 제1 및 제2 캡 홈들(CG1, CG2) 중 어느 하나만 형성될 수도 있다.

상기 제1 및 제2 캡 홈들(CG1, CG2)은 바디(110)와 제1 및 제2 캡들(121, 122) 사이에 여유 공간을 제공함으로써 삽입 공정을 용이하게 만든다. 또한, 상기 제1 및 제2 캡 홈들(CG1, CG2)은 마찰력에 의해 접착 영역 밖으로 밀리는 접착제를 위한 공간을 제공함으로써 접착 영역을 벗어난 접착제가 보이지 않도록 만들고, 그 결과 중공사막 모듈(100)의 심미감 및 상품성 저하를 방지할 수 있다.

선택적으로, 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 바디(110)의 상기 제1 개방단 측 외주면을 따라 제1 바디 홈(BG1)이 형성되고, 상기 바디(110)의 상기 제2 개방단 측 외주면을 따라 제2 바디 홈(BG2)이 형성될 수도 있다. 제1 및 제2 바디 홈들(BG1, BG2)은 바디(110)와 제1 및 제2 캡들(121, 122) 사이에 여유 공간을 제공함으로써 삽입 공정을 용이하게 만든다.

한편, 본 발명의 중공사막 모듈(100)은 조립 구조를 갖기 때문에 바디(110)와 제1 및 제2 캡들(121, 122)의 결합 부분에서 원하지 않는 누수 현상이 발생할 수 있다. 이러한 누수 현상을 방지하기 위하여, 본 발명의 중공사막 모듈(100)은 상기 제1 및 제2 캡 홈들(CG1, CG2)에 각각 삽입되는 제1 및 제2 O-링들(161, 162)을 더 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈(100)에 의한 여과 공정을 구체적으로 살펴보도록 한다.

여과 처리되어야 할 원수가 유입 포트(122b)를 통해 제2 캡(122)의 제4 공간(S4) 내로 유입되고, 바디(110)의 내부 공간 및 제1 캡(121)의 제2 공간(S2)으로 흐르게 된다.

중공사막 모듈(100) 내로 유입된 원수는 펌프(미도시)에 의해 가압되어 불순물을 제외한 순수한 물만이 중공사막(140)을 투과하여 중공사막(140)의 중공으로 유입된다. 중공사막(140)의 중공으로 유입된 여과수는 중공사막(140)의 개방된 제1 말단을 빠져나와 제1 캡(121)의 제1 공간(S1)을 거쳐 여과수 배출 포트(121a)을 통해 외부로 배출된다.

여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 농도가 높아진 원수, 즉 농축수는 제1 캡(121)의 농축수 배출 포트(121b)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 여과 작업이 종료되면, 제1 캡(121)의 제2 공간(S2), 바디(100) 내부 공간 및 제2 캡(122)의 제4 공간(S4) 내에 있던 원수는 제2 고정층(132)에 형성된 다수 개의 관통홀들(H)을 통과하여 제2 캡(122)의 제3 공간(S3)을 거쳐 제2 캡(122)의 드레인 포트(122a)를 통해 외부로 배출된다.

100 : 중공사막 모듈 110 : 바디
121, 122 : 제1 및 제2 캡 131, 132 : 제1 및 제2 고정층
140 : 중공사막 151, 152 : 제1 및 제2 접착층
161, 162 : 제1 및 제2 O-링

Claims (12)

1. 개방단을 갖는 튜브형 바디;
   상기 바디의 상기 개방단이 삽입되는 캡;
   상기 캡 내에 위치하며 상기 바디의 개방단과 상기 캡의 내면에 의해 정의되는 캡 내부 공간을 분할하는 고정층;
   상기 고정층에 포팅되어 있는 중공사막을 포함하되,
   상기 바디의 개방단이 삽입된 상기 캡의 말단 측 내주면을 따라 캡 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바디의 상기 개방단 측 외주면을 따라 바디 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바디와 상기 캡 사이의 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡 홈에 삽입되는 O-링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡은 상기 중공사막에 의해 생산된 여과수를 상기 중공사막 모듈로부터 배출하기 위한 여과수 배출 포트를 포함하고,
   상기 고정층은 상기 캡 내부 공간을 상기 여과수 배출 포트 측의 제1 공간 및 상기 상기 바디 측의 제2 공간으로 분할하며,
   상기 중공사막의 중공이 상기 제1 공간과 유체 연통할 수 있는 방식으로 상기 중공사막이 상기 고정층에 포팅되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 캡은 여과 작업의 진행에 따라 상기 제2 공간으로 흘러들어온 농축수의 배출을 위한 농축수 배출 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 캡은 여과 작업 종료 후 상기 중공사막 모듈 내에 존재하는 원수를 배출하기 위한 드레인 포트를 포함하고,
   상기 고정층은 상기 캡 내부 공간을 상기 드레인 포트 측의 제1 공간 및 상기 상기 바디 측의 제2 공간으로 분할하며,
   상기 중공사막의 중공이 상기 제1 공간과 유체 연통할 수 없는 방식으로 상기 중공사막이 상기 고정층에 포팅되어 있고,
   상기 제1 공간과 상기 제2 공간이 유체 연통할 수 있도록 상기 고정층에는 다수 개의 관통홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 캡은 상기 중공사막 모듈 외부로부터 상기 제2 공간으로의 원수 유입을 위한 유입 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
9. 제1 및 제2 개방단들을 갖는 튜브형 바디;
   상기 바디의 상기 제1 및 제2 개방단들이 각각 삽입되는 제1 및 제2 캡들, - 상기 바디의 상기 제1 개방단이 삽입된 상기 제1 캡의 말단 측 내주면을 따라 제1 캡 홈이 형성되어 있고, 상기 바디의 상기 제2 개방단이 삽입된 상기 제2 캡의 말단 측 내주면을 따라 제2 캡 홈이 형성되어 있음 -;
   상기 제1 및 제2 캡들 내에 각각 위치하며, 상기 바디의 제1 및 제2 개방단들과 상기 제1 및 제2 캡들의 내면들에 의해 각각 정의되는 제1 및 제2 캡 내부 공간들을 각각 분할하는 제1 및 제2 고정층들;
   상기 바디를 관통하며, 상기 제1 및 제2 고정층들에 양 말단들이 각각 포팅되어 있는 중공사막; 및
   상기 제1 및 제2 캡 홈들에 각각 삽입되는 제1 및 제2 O-링들을 포함하는 중공사막 모듈.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 바디의 상기 제1 개방단 측 외주면을 따라 제1 바디 홈이 형성되어 있고,
    상기 바디의 상기 제2 개방단 측 외주면을 따라 제2 바디 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 바디와 상기 제1 캡 사이의 제1 접착층; 및
    상기 바디와 상기 제2 캡 사이의 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 캡은 상기 중공사막에 의해 생산된 여과수를 상기 중공사막 모듈로부터 배출하기 위한 여과수 배출 포트를 포함하고,
    상기 제1 고정층은 상기 제1 캡 내부 공간을 상기 여과수 배출 포트 측의 제1 공간 및 상기 바디 측의 제2 공간으로 분할하고,
    상기 중공사막의 중공이 상기 제1 공간과 유체 연통할 수 있는 방식으로 상기 중공사막의 제1 말단이 상기 제1 고정층에 포팅되어 있고,
    상기 제2 캡은 여과 작업 종료 후 상기 중공사막 모듈 내에 존재하는 원수를 배출하기 위한 드레인 포트를 포함하고,
    상기 제2 고정층은 상기 제2 캡 내부 공간을 상기 드레인 포트 측의 제3 공간 및 상기 바디 측의 제4 공간으로 분할하며,
    상기 중공사막의 중공이 상기 제3 공간과 유체 연통할 수 없는 방식으로 상기 중공사막의 제2 말단이 상기 제2 고정층에 포팅되어 있고,
    상기 제3 공간과 상기 제4 공간이 유체 연통할 수 있도록 상기 제2 고정층에는 다수 개의 관통홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.

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