KR20170112597A - 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 장치 - Google Patents

Abstract

본 기재의 다공성 유출관은 일단은 개구되게 형성되고, 타단으로부터 멀어지도록 돌출되어 둘레면에 나사산이 형성된 나사부를 포함하는 제1 배관 및 양단이 개구되게 형성되고, 일단은 제1 배관의 나사부와 나사 결합되는 제2 배관을 포함한다.

Description

다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 장치{Perforated flux pipe and forward osmosis apparatus including the same}

본 발명은 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해수를 담수화하는데 사용될 수 있는 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 장치에 관한 것이다.

물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 멤브레인이 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 위치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도 평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 삼투작용이라 한다.

상기와 같은 삼투현상은 지구온난화에 의한 기후변화, 산업화에 따른 공업용수증가, 인구증가에 따른 물수요의 증가로 심각해진 물 부족을 해결할 수 있는 방법 중의 하나인 바닷물을 이용한 담수화 기술의 핵심이다.

바닷물 속의 염을 제거하여 사용하기 위한 방법으로는 증발법과 역삼투법으로 크게 나눌 수 있다. 다양한 담수화 기술 중에서 정삼투(FO: forward osmosis) 방식은 낮은 농도의 용액이 높은 농도의 용액 쪽으로 이동함으로써 막 분리를 하는 것으로서, 자연적인 삼투막 현상을 이용함으로 인해, 별도의 압력이 요구되지 않아 역삼투막 공법에 대비하여 매우 경제적이다.

종래의 정삼투 장치는 내부에 유체가 이동되는 배관이 위치될 수 있다. 이러한 배관은 내부의 중간 부분에 유체의 흐름 경로를 변경하기 위한 별도의 격벽이 형성되는 것이 일반적이다. 이러한 격벽을 형성하는 방법은 배관의 내부 중간지점에 별도의 파이프를 삽입한 후 접착제를 채워 경화시키는 방식으로 제작되었다.

그러나, 접착제가 경화되는데 걸리는 시간은 대략 8시간 이상이 소요되므로 다량의 정삼투 장치를 생산하는 경우 생산성이 떨어지고 시간이 많이 소요될 수 있다. 또한, 접착제에 의한 격벽의 형성시 접착제가 용출될 수 있다.

그리고, 이와 같이 숙련도가 높지 않은 작업자가 접착제를 사용하여 수동으로 격벽을 형성하는 경우, 형성된 격막의 두께가 일정하지 않아 다공성 유출관의 구멍을 막게 되어 유로 흐름을 방해할 수 있다. 이는 최종적으로 제조된 정삼투 장치의 물성에도 영향을 미칠 수 있다.

또한, 배관의 접착이 불량한 경우, 유체의 누수(leak)가 발생될 수 있다.

한국공개특허 제2010-7023340호

본 발명의 일 실시예는 제조 시간이 단축될 수 있게 한 다공성 유출관을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 제조 불량이 방지될 수 있게 한 다공성 유출관을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 다공성 유출관은 일단은 개구되게 형성되고, 타단으로부터 멀어지도록 돌출되어 둘레면에 나사산이 형성된 나사부를 포함하는 제1 배관 및 양단이 개구되게 형성되고, 일단은 제1 배관의 나사부와 나사 결합되는 제2 배관을 포함한다.

이때, 상기 제1 배관에는 내부로 유입된 유체가 배출될 수 있도록 길이방향을 따라 복수의 제1 통과홀이 형성되고, 상기 제2 배관에는 유체가 외부로부터 유입될 수 있도록 길이 방향을 따라 복수의 제2 통과홀이 형성될 수 있다.

이때, 상기 나사부를 감싸도록 위치되며, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 서로 마주하는 단부 사이에 개재된 풀림 방지 부재를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 풀림 방지 부재는 와셔 및 고무링 중 선택된 어느 하나일 수 있다.

이때, 상기 제1 배관 및 제2 배관의 길이는 서로 동일할 수 있다.

이때, 상기 제1 배관 및 제2 배관의 길이는 서로 상이할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 정삼투 장치는 다공성 유출관, 상기 다공성 유출관의 외주면에 권취된 적어도 하나의 분리막 및 상기 다공성 유출관과 상기 분리막을 수용하는 하우징을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 다공성 유출관은 나사부에 의해 제1 배관과 제2 배관이 서로 결합되도록 이루어진다. 따라서, 정삼투 장치의 제조시 제1 배관과 제2 배관을 나사 결합하는 것만으로 다공성 유출관을 신속하게 조립할 수 있으므로, 접착 방법으로 배관들을 연결하는 종래의 방법과 비교하여 단위 시간당 생산량이 증가될 수 있다.

또한, 다공성 유출관의 제조시 접착제를 사용하지 않음으로써, 작업자의 숙련도와 상관없이 제조된 다공성 유출관의 품질 신뢰성이 종래의 다공성 유출관보다 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관이 적용될 수 있는 삼투 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 정삼투 장치의 부분절개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 다공성 유출관의 Ⅳ-Ⅳ'을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 4의 다공성 유출관에서 제1 배관과 제2 배관이 서로 분리된 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 다공성 유출관의 Ⅵ-Ⅵ'을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다공성 유출관을 도시한 사시도이다.
도 8은 도 1의 정삼투 장치가 직렬로 연결된 상태에서 유체의 흐름을 도시한 삼투도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관이 적용될 수 있는 삼투 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관이 적용될 수 있는 삼투 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 정삼투 장치의 부분절개도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 정삼투 장치(10)는 다공성 유출관(100), 분리막(20) 및 하우징(30)을 포함할 수 있다.

다공성 유출관(100)은 유체가 출입되는 부분이다. 이러한 다공성 유출관(100)의 상세한 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

분리막(20)은 상기 다공성 유출관(100)의 외주면에 권취된다. 이러한 분리막(20)은 2장이 구비될 수 있으며, 상기 2장의 분리막(20)들이 서로 겹쳐져서 포켓 형상을 이루는 통상적인 구성일 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

분리막(20) 및 하우징(30)은 일반적인 정삼투 장치(10)에 포함된 분리막(20) 및 하우징(30)일 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 다공성 유출관(100)은 정삼투 장치(10)의 중앙에 위치되어 길이 방향을 따라 가로지르도록 설치될 수 있다. 상기 다공성 유출관(100)은 외부로부터 유입된 유체가 길이 방향을 따라 이송되면서 외주면을 감싸고 있는 분리막(20) 측으로 유입되도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 다공성 유출관의 Ⅳ-Ⅳ'을 따라 취한 단면도이며, 도 5는 도 4의 다공성 유출관에서 제1 배관과 제2 배관이 서로 분리된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 다공성 유출관의 Ⅵ-Ⅵ'을 따라 취한 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 유출관(100)은 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 포함한다.

제1 배관(110)은 어느 하나의 단부를 통하여 유입된 유체가 외부로 배출되게 한다. 이러한 제1 배관(110)의 일단은 개구되게 형성된다. 그리고, 제1 배관(110)은 나사부(112)를 포함한다. 나사부(112)는 제1 배관(110)의 타단으로부터 멀어지도록 돌출되어 둘레면에 나사산(112a)이 형성된다.

제2 배관(120)은 외부로부터 유입된 유체가 내부 공간을 따라서 이송되게 한다. 이러한 제2 배관(120)은 양단이 개구되게 형성된다. 그리고, 제2 배관(120)의 일단은 제1 배관(110)의 나사부(112)와 나사 결합된다. 이를 위하여 상기 제2 배관(120)의 내부면에는 상기 나사부(112)와 대응되는 나사산(122)들이 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 다공성 유출관(100)을 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1 배관(110)에는 내부로 유입된 유체가 배출될 수 있도록 길이방향을 따라 제1 통과홀(111)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 배관(120)에는 유체가 외부로부터 유입될 수 있도록 길이 방향을 따라 제2 통과홀(121)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 제1 통과홀(111) 및 제2 통과홀(121)은 길이 방향을 따라 일직선상에 배열될 수도 있고, 나선형상으로 구비될 수도 있으며, 지그재그 방식으로 배열될 수도 있다. 그러나 상기 제1 통과홀(111) 및 제2 통과홀(121)의 배치 관계를 이에 한정하는 것은 아니며 다양한 방식으로 배열될 수도 있다.

한편, 전술한 나사부(112)는 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 단부를 서로 연결한다. 그리고, 상기 나사부(112)는 상기 제1 배관(110)의 개방된 일단을 통하여 제1 배관(110) 내부로 유입된 유체와 상기 제2 통과홀(121)을 통하여 상기 제2 배관(120) 내부로 유입되는 유체가 서로 혼합되는 것을 방지한다. 즉, 나사부(112)는 제1 배관(110)의 내부로 유입된 유체가 제1 배관(110)으로부터 제2 배관(120)으로 직접 이동하는 것을 차단할 수 있다.

여기서, 상기 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 길이는 서로 동일할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)의 길이는 서로 상이한 것도 가능할 수 있다.

이에 따라, 다양한 구조의 정삼투 장치(10, 도 1 참조)를 제조하는 경우, 상기 정삼투 장치(10, 도 1 참조)의 구조에 대응되는 적절한 길이의 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 선택적으로 사용하여 제조할 수 있다. 즉, 다양한 길이의 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 마련하여 놓으면, 다양한 구조 및 크기의 정삼투 장치(10, 도 1 참조)에 맞게 매번 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)을 제조하지 않아도 됨으로써, 정삼투 장치(10, 도 1 참조) 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다공성 유출관을 도시한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다공성 유출관(200)은 풀림 방지 부재(130)를 더 포함할 수 있다.

풀림 방지 부재(130)는 상기 나사부(112)를 감싸도록 위치되며, 상기 제1 배관(110)과 상기 제2 배관(120)의 서로 마주하는 단부 사이에 개재된다. 상기 풀림 방지 부재(130)는 와셔(washers) 및 고무링 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 이러한 풀림 방지 부재(130)는 제1 배관(110)과 제2 배관(120)이 서로 결합된 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.

이하에서는 전술한 다공성 유출관(100, 도 1 참조)이 적용된 정삼투 장치(10, 도 1 참조)에서 유체가 유입되어 삼투 작용이 진행되는 과정을 설명하기로 한다.

도 8은 도 1의 정삼투 장치가 직렬로 연결된 상태에서 유체의 흐름을 도시한삼투도면이다.

도 8을 참조하면, 유체(A)가 상기 다공성 유출관(100)의 선단으로 유입된다. 제1 배관(110) 내부로 유입된 유체(A)는 상기 나사부(112)에 의해 흐름이 차단됨으로써 상기 제1 통과홀(111)을 통해서 분리막(20) 측으로 이동한다. 유체(A)는 분리막(20)을 통과하는 유체(B)와 삼투 작용이 일어난 후 상기 제2 통과홀(121)을 통해 제2 배관(120)의 내부로 유입된다.

즉, 정삼투 장치(10)에서 제1 배관(110)에 형성된 제1 통과홀(111) 및 제2 배관(120)에 형성된 제2 통과홀(121)은 상기 다공성 유출관(100)의 선단으로 유입된 유체(A)가 외부로 유출되거나 외부로부터 내부로 유입되는 통로역할을 수행하며, 상기 제1 통과홀(111)에서의 유체의 흐름 방향(제1 배관의 내부에서 외부)과 상기 제2 통과홀(121)에서의 유체의 흐름 방향(제2 배관의 외부에서 내부)은 서로 반대 방향일 수 있다.

일례로, 상기 다공성 유출관(100)의 선단으로 유입된 유체(A)는 상기 제1 통과홀(111)을 통해서 외부로 유출되어 상기 분리막(20) 측으로 이동되고, 상기 분리막(20)에서 다공성 유출관(100)의 내부로 유입되는 유체(A')는 상기 제2 통과홀(121)을 통해서 다공성 유출관(100)의 내부로 유입된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 유출관(100)은 제1 배관(110) 및 제2 배관(120)이 상기 나사부(112)에 의해 결합되어 다공성 유출관(100)의 중앙부를 가로지르도록 설치되며, 상기 제1 배관(110)은 외부로부터 유입된 유체(A)를 제1 통과홀(111)을 통해 분리막(20) 측으로 이송시키고, 상기 제2 배관(120)은 분리막(20)으로부터 제2 통과홀(121)을 통해 제2 배관(120)의 내부로 유입된 유체(A')를 후방 측으로 이송할 수 있다.

상기와 같은 정삼투 장치(10)는 복수의 다공성 유출관(100)이 직렬로 연결되어 각각의 다공성 유출관(100) 내에서 동일한 과정을 통해 반복적인 삼투 작용이 진행될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 유출관(100)은 나사부(112)에 의해 제1 배관(110)과 제2 배관(120)이 서로 결합되도록 이루어진다. 따라서, 정삼투 장치(10)의 제조시 제1 배관(110)과 제2 배관(120)을 나사 결합하는 것만으로 다공성 유출관(100)을 신속하게 조립할 수 있으므로, 접착 방법으로 배관들을 연결하는 종래의 방법과 비교하여 단위 시간당 생산량이 증가될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 모듈용 다공성 유출관(100)은 상기 나사부(112)에 의해 상호 결합되기만하면 별다른 추가 작업을 수행할 필요없이 상기 제1 배관(110)과 제2 배관(120)이 구획될 수 있다. 이러한 나사부(112)에 의하여 상기 제1 배관(110)의 내부로 유입된 유체는 상기 나사부(112)에 의해 제2 배관(120)측으로의 이동이 차단됨으로써 제1 통과홀(111)을 통해 분리막(20) 측으로 이동되어 삼투 작용이 일어난 후 제2 통과홀(121)을 통해 제2 배관(120)의 내부로 유입될 수 있다. 즉, 나사부(112)는 제1 배관(110)과 제2 배관(120)의 격벽 역할도 할 수 있다.

또한, 다공성 유출관의 제조시 접착제를 사용하여 제1 배관과 제2 배관을 결합시키는 경우, 작업자의 숙련도에 따라 불량이 발생될 가능성이 높으나, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 유출관(100)은 제조 과정에서 접착제가 사용되지 않음으로써, 작업자의 숙련도와 상관없이 제조된 다공성 유출관(100)의 품질 신뢰성이 종래의 다공성 유출관(100)보다 향상될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 일실시예에 따른 모듈용 다공성 유출관이 정삼투 장치에만 적용되는 것으로 한정하지는 않으며, 압력 지연 삼투(PRO: pressure-retarded osmosis) 장치에 적용되는 것도 가능할 수 있다.

이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 정삼투 장치
20: 분리막 30: 하우징
100, 200: 다공성 유출관
110: 제1 배관 111: 제1 통과홀
112: 나사부 120: 제2 배관
121: 제2 통과홀 122: 나사산
130: 풀림 방지 부재

Claims (7)

1. 일단은 개구되게 형성되고, 타단으로부터 멀어지도록 돌출되어 둘레면에 나사산이 형성된 나사부를 포함하는 제1 배관; 및
   양단이 개구되게 형성되고, 일단은 제1 배관의 나사부와 나사 결합되는 제2 배관;을 포함하는 다공성 유출관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 배관에는 내부로 유입된 유체가 배출될 수 있도록 길이방향을 따라 복수의 제1 통과홀이 형성되고,
   상기 제2 배관에는 유체가 외부로부터 유입될 수 있도록 길이 방향을 따라 복수의 제2 통과홀이 형성된 다공성 유출관.
3. 제1항에 있어서,
   상기 나사부를 감싸도록 위치되며, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 서로 마주하는 단부 사이에 개재된 풀림 방지 부재를 더 포함하는 다공성 유출관.
4. 제3항에 있어서,
   상기 풀림 방지 부재는 와셔 및 고무링 중 선택된 어느 하나인 다공성 유출관.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 배관 및 제2 배관의 길이는 서로 동일한 다공성 유출관.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 배관 및 제2 배관의 길이는 서로 상이한 다공성 유출관.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 다공성 유출관;
   상기 다공성 유출관의 외주면에 권취된 적어도 하나의 분리막; 및
   상기 다공성 유출관과 상기 분리막을 수용하는 하우징;을 포함하는 정삼투 장치.

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