WO2015099346A1 - 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈 - Google Patents

정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈 Download PDF

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fluid
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이승윤
심연주
이종화
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    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an osmotic porous outlet pipe and an osmotic module including the same, and more particularly, by concentrically arranging a bypass tube having a small diameter in the central pipe to improve the flow of fluid in the pipe during series connection.
  • the present invention relates to a forward osmosis or pressure delay osmosis porous outflow tube and an forward osmosis or pressure delay osmosis module including the same, which can reduce the differential pressure that may occur when the fluid moves to the inside of the osmosis or pressure delay osmosis membrane.
  • Osmosis as described above is the core of desalination technology using seawater, which is one of the ways to solve the severe water shortage caused by climate change caused by global warming, industrial water increase due to industrialization, and increase in water demand due to population increase.
  • Methods for removing and using salts in seawater can be broadly classified into evaporation and reverse osmosis.
  • the forward osmosis (FO) method is to separate the membrane by moving the low concentration solution toward the high concentration solution, and by using the natural osmotic membrane phenomenon, no extra pressure is required, so it is very useful for the reverse osmosis membrane method. It is economical. Therefore, research on the development of forward osmosis membranes has been actively conducted in recent years, and the reverse osmosis method, which is a concept opposite to the reverse osmosis method, is included in the forward osmosis membrane, the osmosis module, and functions to discharge raw water into the membrane. Outflow pipes are distinguished from those used for reverse osmosis. Therefore, the separation membrane, the outflow pipe, etc. applied to the forward osmosis method is difficult to be applied to the reverse osmosis membrane.
  • Osmotic power generation refers to the generation of power using osmotic action where two streams of salinity meet, and 27 bar osmotic pressure where the seawater with an osmotic pressure of 27 bar and the river with an osmotic pressure close to zero meet. It can be used for power generation.
  • the power production uses a pressure delay osmosis (PRO) method.
  • PRO pressure delay osmosis
  • the pressure delay osmosis is a membrane, an outlet tube, etc. used for the pressure delay osmosis method is different from that used in the reverse osmosis method by applying a lower pressure to the raw water than the reverse osmosis method that applies more than the osmotic pressure to the raw water. Therefore, the separation membrane, the outflow pipe, etc. which are applied to the pressure delayed osmosis method are difficult to apply to the reverse osmosis membrane.
  • the forward osmosis method and the pressure delayed osmosis method do not apply pressure to the raw water (forward osmosis method) or apply a pressure lower than the osmotic pressure to the raw water (pressure delayed osmosis method).
  • the tubes are distinguished from the outlet tubes used in reverse osmosis, which must withstand high pressures.
  • the outflow pipe used in the reverse osmosis method designed to have high pressure resistance against high pressure has a problem that cannot be used equally in the forward osmosis method or the pressure delayed osmosis method, and the outflow used in the conventional forward osmosis or pressure delayed osmosis method.
  • the pipe (1) has a structure that is discharged to the separator side through the outlet hole (2) after the flow path is changed by the diaphragm (3) as shown in Figure 1 into the forward osmosis membrane or pressure delay osmosis membrane There was a problem that the flow rate obtained through this is not smooth because the osmotic gradient is not smooth to improve the fluid inflow of.
  • the pressure of the fluid flowing into the outlet pipe may cause damage such as deformation and destruction of the outlet pipe. There is a problem that the durability is lowered.
  • Korean Patent Application No. 2010-7023340 discloses a spiral winding membrane module for forward osmosis, which may or may not include a permeat tube for introducing or collecting one or more fluid streams in the osmosis module.
  • a permeat tube for introducing or collecting one or more fluid streams in the osmosis module.
  • the flux of water through the osmosis membrane can be improved by improving the flow rate introduced into the osmosis membrane according to the configuration of the permeation tube, and the porous permeate outlet pipe used for forward osmosis or pressure delay osmosis is for reverse osmosis.
  • the porous permeate outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis is urgent to study the porous permeate outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis.
  • the present invention by concentrically arranging the bypass pipe with a small diameter in the central pipe to improve the flow of the fluid in the pipe when connected in series to facilitate the flow of fluid to the inside of the forward osmosis or pressure delay osmosis membrane
  • the present invention provides a porous outflow tube for forward osmosis or pressure delayed osmosis and a forward osmosis or pressure delayed osmosis module including the same that can reduce the differential pressure.
  • the plurality of first through-hole and the second through-hole through which the fluid flows in and out, the hollow tube is formed in the longitudinal direction;
  • a bypass tube disposed concentrically in the longitudinal direction inside the hollow tube;
  • a diaphragm formed along the circumferential direction of the bypass tube to block the fluid introduced into the front end side of the hollow tube and the fluid introduced through the second through hole from each other.
  • a plurality of the porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis is connected in series with each other, and some of the fluid introduced into the hollow tube disposed on the rear side from the bypass tube disposed on the front side is the bypass tube It is directly introduced into the hollow tube side adjacent to the rear side through, the remainder is mixed with the fluid introduced from the hollow tube disposed in the front side and then flows out through the first through hole may be introduced into the second through hole.
  • the bypass pipe is disposed in the hollow tube as a whole in the longitudinal direction, the first portion and the third through hole is formed through the third through hole through which the fluid flows in and out along the longitudinal direction It may be composed of a second portion that is not formed.
  • the first portion and the second portion may be divided based on the diaphragm.
  • the first portion may be disposed in front of the second portion.
  • a first blocking plate may be provided at the front end side of the hollow tube to seal the remaining region except the first portion so that the fluid may flow only into the bypass tube side.
  • a second blocking plate may be provided at the rear end of the second part to block the outflow of the fluid.
  • the porous outlet pipes adjacent to each other may be connected to the rear end of the second portion provided in the porous outlet pipe disposed in front and the tip of the first portion provided in the porous outlet pipe disposed in the rear.
  • bypass pipe may be disposed only at the rear side with respect to the diaphragm.
  • the bypass pipe may be provided with a second blocking plate for blocking the outflow of the fluid on the rear end side.
  • the diaphragm may be disposed at a point 1/2 of the total length of the hollow tube.
  • first through hole and the second through hole may be disposed on opposite sides of the diaphragm.
  • the forward osmosis porous pipe of any one of claims 1 to 12 It provides a forward osmosis module comprising a; and a plurality of separators wound in a spiral wound on the outer circumferential surface of the porous outflow pipe.
  • the pressure delay osmosis porous outlet of any one of claims 1 to 12 ; And a plurality of separators wound in a spiral wound on the outer circumferential surface of the porous outlet pipe in a circumferential direction.
  • Porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to an embodiment of the present invention and the forward osmosis or pressure delay osmosis module comprising the same pipe concentrically arranged in the central pipe bypass pipe in series
  • the forward osmosis or pressure delay osmosis module comprising the same pipe concentrically arranged in the central pipe bypass pipe in series
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional osmosis porous outflow tube.
  • Figure 2 is an overall perspective view showing a porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a state in which the porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to the first embodiment of the present invention is connected in series.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a flow path of a fluid in FIG.
  • Figure 6 is a perspective view showing a porous outflow tube for forward osmosis or pressure delay osmosis according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a state in which the porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to a second embodiment of the present invention is connected in series.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a flow path of a fluid in FIG.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an osmosis module to which a porous outflow pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 10 is a partial cutaway perspective view of FIG. 9;
  • Porous outflow pipe (100,200) for forward osmosis or pressure delay osmosis is a concentric circle bypass tubes (120, 220) inside the hollow tube 110, as shown in Figure 2 to 10
  • the remainder is mixed with the fluid (B) introduced from the hollow tube 110 disposed in the front side to the outside through the first through hole 112
  • the differential pressure is reduced to smooth the flow of the fluid.
  • the porous outflow pipe (100,200) for forward osmosis or pressure delay osmosis includes a hollow tube 110, bypass tubes (120,220) and diaphragm (130).
  • the hollow tube 110 is installed to cross the central portion in the longitudinal direction of the osmosis module 10, as shown in Figure 10, the separation membrane surrounding the outer peripheral surface while the fluid introduced from the outside is transferred along the longitudinal direction (30) serves as a transport pipe to be introduced to the side.
  • the hollow tube 110 is provided with a hollow tube member having a predetermined length, the outer circumferential surface is provided with a plurality of first through holes 112 and second through holes 114 formed in the longitudinal direction to the outside Allow the fluid supplied from the product to flow in and out.
  • the first through hole 112 and the second through hole 114 is the first through hole 112 on the front side of the diaphragm 130 disposed in a direction crossing the inside of the hollow tube 110. 2 and the second through hole 114 are disposed along the longitudinal direction.
  • the first through-hole 112 and the second through-hole 114 as described above performs a role of a passage in which the fluid introduced into the front end of the hollow tube 110 is discharged to the outside of the hollow tube 110 or introduced into the inside.
  • the flow direction of the fluid in the first through hole 112 and the flow direction of the fluid in the second through hole 114 are opposite to each other.
  • the fluid A introduced into the front end of the hollow tube 110 is discharged to the outside through the first through hole 112 and moved to the separation membrane 30 side, the hollow tube in the separation membrane 30
  • the fluid B introduced into the inside of the 110 flows into the inside of the hollow tube 110 only through the second through hole 114.
  • the bypass pipes 120 and 220 are arranged concentrically in the longitudinal direction inside the hollow tube 110 such that a part of the fluid introduced through the front end of the hollow tube 110 is the first through hole 112. It is to reduce the differential pressure generated during the series connection by allowing the direct movement to the hollow tube 110 is connected to the rear end in series without leaking through the outside.
  • the bypass pipes (120, 220) is provided with a hollow tube member having a predetermined length like the hollow tube (110). At this time, the bypass pipe (120, 220) is provided to have a diameter smaller than the diameter of the hollow tube 110 is inserted into the interior of the hollow tube 110, the circumferential direction of the bypass pipe (120, 220) Supported by the diaphragm 130 is arranged along the concentric with the hollow tube 110.
  • the diaphragm 130 is disposed so as to surround the bypass pipes 120 and 220 at one half of the entire length of the hollow tube 110, and flow paths of the fluid introduced into the front end of the hollow tube 110 are provided. Serves to change.
  • the fluid A introduced into the front end of the hollow tube 110 is blocked by a flow path of the fluid by the diaphragm 130 to form a first through hole formed at the front end side of the hollow tube 110. It is induced to flow out through the 112 to allow a larger amount of fluid to flow to the outside of the hollow tube (110). Accordingly, the amount of fluid flowing toward the separation membrane 30 surrounding the outside of the hollow tube 110 may be increased.
  • the diaphragm 130 is provided to have a suitable thickness to withstand the pressure of the fluid flowing along the inside of the hollow tube 110, epoxy curing agent may be used, but is generally used for forward osmosis or pressure delay osmosis porous outflow If the material of the diaphragm used in the pipe can be used without limitation, it should be noted that materials such as silicone or rubber can also be used.
  • the diaphragm 130 is shown and described as being provided at a point that is 1/2 of the total length of the hollow tube 110, but is not limited to this one third of the total length of the hollow tube 110 Note that it may be provided in various positions such as a quarter point.
  • the overall length is approximately equal to the overall length of the hollow tube 110 is disposed as a whole inside the hollow tube (110).
  • the bypass pipe 120 has a first portion 121 in which the third through hole 123 is formed and the fluid flows in and out, and a second portion 122 in which the third through hole 123 is not formed. ) Is provided.
  • the first portion 121 and the second portion 122 are disposed inside the hollow tube 110 to be disposed on the left and right sides with respect to the diaphragm 130, and the third through hole 123.
  • the first portion 121 is formed on the front side of the second portion 122.
  • FIG. 5 is provided with a plurality of porous osmosis outlet pipe 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is connected in series so that the ends of the bypass pipe 120 disposed therein are connected to each other
  • some of the fluid A introduced into the hollow tube 110 disposed on the rear side from the bypass tube 120 disposed on the front side is connected to the rear side through the bypass tube 120. It is directly introduced into the hollow tube 110, the remainder is mixed with the fluid (B) introduced from the hollow tube 110 disposed on the front side and flows out through the first through-hole 112 to the second It flows into the through hole 114.
  • the fluid A introduced from the hollow tube 110 disposed in the front side flows out through the third through hole 123 and the first through hole 112 and flows inside the separation membrane 30. It is formed between the inner surface of the hollow tube 110 and the outer circumferential surfaces of the bypass tubes 120 and 220 through the second through hole 114 after diluting with the fluid (C) flowing through the outside of the hollow tube 110 by the osmotic action
  • the fluid B flowing into the space S1 is referred to.
  • the porous outflow pipes 100 ′ disposed at the uppermost end of the fluid A introduced from the outside are the first of the bypass pipes 120.
  • the first blocking plate 116 is provided at the remaining portion except for the bypass pipe 120 at the front end thereof so that only the portion 121 may flow into the side 121.
  • the porous outlet pipe 100 ′′ disposed at the end thereof prevents the fluid from flowing out through the end of the bypass pipe 120.
  • the second blocking plate 124 is provided on the rear end side of the second portion 122.
  • the porous outflow pipe 100 for forward osmosis or pressure delay osmosis is a fluid (A) supplied from the outside when a plurality of in series is connected to each other as shown in FIG. It is introduced into the interior through the bypass pipe 120 of the outlet pipe 100 'disposed at the top end. Thereafter, a part is directly moved to the porous outflow pipe 100 which is disposed rearward through the bypass pipe 120, and a part of the separation membrane 30 is formed through the third through hole 123 and the first through hole 112.
  • Osmotic action occurs by moving to the side) and flows into the space S1 separated by the outer surface of the second portion 122 and the inner surface of the hollow tube 110 and the diaphragm 130 through the second through hole 114. And then moved to the space (S2) side separated by the porous outlet pipe 100 side disposed in the rear side-more specifically, the outer surface of the first portion 121 and the inner surface of the hollow tube 110 and the diaphragm 130. do. Subsequently, the fluid flowing into the porous outlet pipe 100 ′′ disposed at the rearmost part through the same process is blocked by the second blocking plate 124 provided at the end of the second part 122 to prevent the outflow to the outside. It is discharged to the outside through the space (S1) surrounded by the outer surface of the second portion 122 and the diaphragm 130 and the inner surface of the hollow tube (110).
  • bypass tube 220 is provided as shorter than the overall length of the hollow tube 110 as shown in Figure 6 to 8 may be partially disposed in the interior of the hollow tube (110).
  • bypass pipe 220 is disposed only on the rear side of the hollow tube 110 with respect to the diaphragm 130, and a separate third through hole 123 is formed to allow fluid to flow in and out. It doesn't work.
  • the fluid and the first through hole directly moved from the bypass pipe 220 of the porous outlet pipe 200 ′ disposed in front in the front side of the bypass pipe 220 in the hollow pipe 110.
  • the space S3 is moved to the separation membrane 30 and the osmosis-producing fluid is simultaneously introduced through the mixture 112 and mixed with each other.
  • the porous outflow pipes 100 and 200 for forward osmosis or pressure delay osmosis are bypass tubes 120 and 220 concentrically arranged inside the hollow tube 110 even though a plurality of them are connected in series. By smoothly flowing the fluid through the) it is possible to reduce the differential pressure generated in the process of moving the fluid to the separator 30 side.
  • porous osmosis pipe for forward osmosis or pressure delay osmosis according to an exemplary embodiment of the present invention (100,200) as shown in Figure 9 and 10 a plurality of separation membrane wound around the circumferential direction along the circumferential direction 30 may be disposed and constitute a forward osmosis module or pressure delay osmosis module 10 is provided with a separate outer case 20 to accommodate it.
  • the separator 30 may be used for both forward osmosis or pressure delay, and since the two separators overlap each other to form a pocket, a detailed description thereof will be omitted.
  • the outer case 20 is also a conventional configuration used in the forward osmosis module or pressure delay osmosis module, so a detailed description thereof will be omitted.

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Abstract

삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 삼투 모듈을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관은 유체가 유,출입되는 복수 개의 제1관통홀 및 제2관통홀이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공관; 상기 중공관의 내부에 길이방향을 따라 동심원적으로 배치되는 바이패스관; 및 상기 중공관의 선단측으로 유입된 유체와 상기 제2관통홀을 통해 유입되는 유체를 서로 차단하기 위하여 상기 바이패스관의 둘레방향을 따라 형성되는 격판;을 포함한다.

Description

정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈
본 발명은 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 삼투 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센트럴 파이프 내에 직경이 작은 바이패스관을 동심원적으로 배열함으로써 직렬 연결시 파이프 내에서 유체의 흐름을 향상시켜 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부 측으로 유체의 이동시 발생할 수 있는 차압을 줄일 수 있는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈에 관한 것이다.
물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 멤브레인을 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 설치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 "삼투작용" 또는 "삼투현상"이라고 한다. 삼투현상은 1867년 독일의 화학자 M. 트라우베가 발견하였고, 삼투현상에 의해 발생하는 삼투압은 1877년 페퍼가 처음으로 측정하였다.
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.
그러나 현재까지의 해수 담수화 공정은 고도의 에너지 집약형공정으로 중동과 같은 물 부족 지역이 아니면 아직까지 경제적인 면에서 한계를 가지고 있다.
바닷물 속의 염을 제거하여 사용하기 위한 방법으로는 증발법과 역삼투법으로 크게 나눌 수 있다.
이 중 정삼투(FO) 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. 따라서 최근 정삼투막 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 역삼투(reverse osmosis)법과 반대의 개념인 정삼투법은 정삼투 분리막, 삼투모듈 내 포함되고 분리막 내부로 원수를 유출시키는 기능을 담당하는 유출관 등이 역삼투법에 사용되는 그것과는 구별되는 특징이 있다. 따라서 정삼투법에 적용되는 분리막, 유출관 등은 역삼투막에 적용되기 어렵다.
한편, 삼투압 발전은 염도차가 있는 두 흐름이 만나는 곳에서의 삼투압 작용을 이용하여 전력을 생산하는 것을 의미하며, 27bar의 삼투압을 가지는 해수와 0에 가까운 삼투압을 가지는 강물이 만나는 곳에서의 27 bar 삼투압이 전력생산에 이용될 수 있다.
상기 전력생산은 압력지연삼투(PRO) 방식을 사용한다. 압력지연 삼투방식을 이용하여 고농도의 해수쪽을 삼투압보다 낮은 압력으로 가해주면 삼투압에 의해 막을 투과하는 물의 플럭스는 감소하게 되고, 이로 인해 삼투압은 수압으로 바뀜으로써 이러한 수압을 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하게 되는 것이다.
상기 압력지연삼투는 원수에 삼투압 이상의 압력을 가해주는 역삼투 방식 보다 낮은 압력을 원수에 가함에 따라 압력지연 삼투방식에 사용하는 분리막, 유출관 등은 역삼투방식에 사용되는 그것과 다른 특징이 있으며, 따라서 압력지연 삼투법에 적용되는 분리막, 유출관 등은 역삼투막에 적용되기 어렵다.
상술한 바와 같이 정삼투 방식 및 압력지연 삼투 방식은 역삼투와 달리 원수에 압력을 가하지 않거나(정삼투 방식) 삼투압 보다 낮은 수준의 압력을 원수에 가함(압력지연 삼투 방식)에 따라 이에 사용되는 유출관은 높은 압력을 견뎌야 하는 역삼투 방식에 사용되는 유출관과 구별된다.
이에 따라 높은 압력에 대한 내압성을 구비하도록 설계된 역삼투 방식에 사용되는 유출관은 정삼투 방식 또는 압력지연 삼투 방식에 동일하게 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 종래의 정삼투 또는 압력지연 삼투에 사용되는 유출관(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 유입된 유체가 격판(3)에 의해 흐름 경로가 변경된 후 유출홀(2)을 통해 분리막 측으로 배출되는 구조이므로 정삼투 분리막 또는 압력지연 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시킬 수 없어 삼투 구배가 원활하지 못해 이를 통해 수득되는 유량이 적은 문제점이 있었다.
또한, 삼투 분리막 내부로의 유체 유입을 향상시키기 위해 유출관에 포함된 홀의 직경, 개수 등을 무한정 크게 할 경우 유출관 내부로 흐르는 유체의 압력에 의해 유출관이 변형, 파괴 등의 손상이 생길 수 있어 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 특허출원 제2010-7023340호는 정삼투용 나선형 권취막 모듈을 개시하고 있는데 삼투 모듈에 하나 이상의 유체 스트림을 도입하거나 수집하기 위한 침투관(permeat tube)을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다고 개시하고 있을 뿐 상기 침투관이 어떻게 구성되어 있고 그에 따른 효과가 어떠한지에 대한 언급이 없다. 그러나 상기 침투관의 구성에 따라 삼투 분리막 내부로의 유입되는 유량을 향상시켜 삼투분리막을 통한 물의 플럭스를 향상시킬 수 있고, 정삼투용 또는 압력지연 삼투용으로 사용되는 다공성 투과수 유출관은 역삼투용에 사용되는 유출관과는 명백히 구별되는 바, 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 투과수 유출관에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 센트럴 파이프 내에 직경이 작은 바이패스관을 동심원적으로 배열하여 직렬 연결시 파이프 내에서 유체의 흐름을 향상시킴으로써 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부 측으로 유체의 흐름을 원활하게 하여 차압을 줄일 수 있는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 유,출입되는 복수 개의 제1관통홀 및 제2관통홀이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공관; 상기 중공관의 내부에 길이방향을 따라 동심원적으로 배치되는 바이패스관; 및 상기 중공관의 선단측으로 유입된 유체와 상기 제2관통홀을 통해 유입되는 유체를 서로 차단하기 위하여 상기 바이패스관의 둘레방향을 따라 형성되는 격판;을 포함하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 제공한다.
이때, 상기 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관은 복수 개가 서로 직렬로 연결되고, 전방측에 배치되는 바이패스관으로부터 후방측에 배치되는 중공관으로 유입된 유체 중 일부는 바이패스관을 통해 후방측에 인접하게 연결된 중공관 측으로 직접 유입되고, 나머지는 전방측에 배치되는 중공관으로부터 유입된 유체와 혼합된 후 상기 제1관통홀을 통해 외부로 유출되어 상기 제2관통홀로 유입될 수 있다.
이때, 상기 바이패스관은 상기 중공관의 내부에 길이방향을 따라 전체적으로 배치되고, 상기 유체가 유,출입되는 제3관통홀이 길이방향을 따라 관통형성되는 제1부분과 상기 제3관통홀이 형성되지 않는 제2부분으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제1부분 및 제2부분은 상기 격판을 기준으로 구분될 수 있다.
이때, 상기 제1부분은 상기 제2부분의 전방측에 배치될 수 있다.
이때, 상기 중공관의 선단측에는 유체가 상기 바이패스관 측으로만 유입될 수 있도록 제1부분을 제외한 나머지 영역을 밀폐하는 제1막음판이 구비될 수 있다.
이때, 상기 제2부분의 후단측에는 유체의 유출을 차단하기 위한 제2막음판이 구비될 수 있다.
이때, 서로 인접하는 다공성 유출관은 전방에 배치되는 다공성 유출관에 구비되는 제2부분의 후단과 후방에 배치되는 다공성 유출관에 구비되는 제1부분의 선단이 서로 연결될 수 있다.
이때, 상기 바이패스관은 상기 격판을 기준으로 후방측에만 배치될 수 있다.
이때, 상기 바이패스관은 후단측에 유체의 유출을 차단하기 위한 제2막음판이 구비될 수 있다.
이때, 상기 격판은 상기 중공관의 전체길이에 1/2인 지점에 배치될 수 있다.
이때, 상기 제1관통홀 및 제2관통홀은 상기 격판을 경계로 서로 반대측에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 정삼투용 다공성 유출관; 및 상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈을 제공한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 압력지연 삼투용 다공성 유출관; 및 상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 압력지연 삼투 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈은 센트럴 파이프 내에 직경이 작은 바이패스관을 동심원적으로 배열하여 직렬 연결시 파이프 내에서 유체의 흐름을 향상시킴으로써 정삼투 또는 압력지연 삼투 분리막 내부 측으로 유체의 흐름을 원활하게 하여 차압을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 전체사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 절개사시도.
도 4은 본 발명의 제1실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 직렬연결된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4에서 유체의 흐름경로를 나타낸 개념도.
도 6는 본 발명의 제2실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관을 나타낸 전체사시도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 직렬연결된 상태를 나타낸 단면도.
도 8은 도 7에서 유체의 흐름경로를 나타낸 개념도.
도 9은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관이 적용된 삼투 모듈을 나타낸 종단면도.
도 10는 도 9의 부분 절개 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
이하에서, 발명의 이해를 돕기 위해 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200)은 도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이 중공관(110)의 내부에 바이패스관(120,220)을 동심원적으로 배열하여 전방측에 배치되는 중공관(110)의 바이패스관(120,220)으로부터 후방측에 배치되는 중공관(110)으로 유입된 유체(A) 중 일부는 바이패스관(120,220)을 통해 후방측에 인접하게 연결된 중공관(110) 측으로 직접 유입되고, 나머지는 전방측에 배치되는 중공관(110)으로부터 유입된 유체(B)와 혼합된 후 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되어 제2관통홀(114)로 유입되도록 함으로써 차압을 줄여 유체의 흐름을 원활하게 한다.
이와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200)은 중공관(110), 바이패스관(120,220) 및 격판(130)을 포함한다.
상기 중공관(110)은 도 10에 도시된 바와 같이 삼투 모듈(10)의 길이방향을 따라 중앙부를 가로지르도록 설치되는 것으로, 외부로부터 유입된 유체가 길이방향을 따라 이송되면서 외주면을 감싸고 있는 분리막(30) 측으로 유입되도록 하는 이송관의 역할을 수행한다.
이러한 중공관(110)은 일정길이를 갖춘 중공형의 관부재로 구비되며, 외주면에는 길이방향을 따라 관통형성되는 복수 개의 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(114)이 구비됨으로써 외부로부터 공급된 유체가 유,출입될 수 있도록 한다.
이때, 상기 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(114)은 상기 중공관(110)의 내부를 가로지르는 방향으로 배치되는 격판(130)을 경계로 전방측에는 제1관통홀(112)이 구비되고 후방측에는 제2관통홀(114)이 길이방향을 따라 각각 배치된다.
이와 같은 제1관통홀(112) 및 제2관통홀(114)은 상기 중공관(110)의 선단으로 유입된 유체가 중공관(110)의 외부로 유출되거나 내부로 유입되는 통로역할을 수행하며, 제1관통홀(112)에서의 유체의 흐름방향과 제2관통홀(114)에서의 유체의 흐름방향은 서로 반대방향이다.
일례로, 상기 중공관(110)의 선단으로 유입된 유체(A)는 상기 제1관통홀(112)을 통해서만 외부로 유출되어 상기 분리막(30) 측으로 이동되고, 상기 분리막(30)에서 중공관(110)의 내부로 유입되는 유체(B)는 상기 제2관통홀(114)을 통해서만 중공관(110)의 내부로 유입된다.
상기 바이패스관(120,220)은 상기 중공관(110)의 내부에 길이방향을 따라 동심원적으로 배치되어 상기 중공관(110)의 선단을 통해 유입된 유체의 일부가 상기 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되지 않고 후단에 직렬연결되는 중공관(110) 측으로 직접 이동할 수 있도록 함으로써 직렬연결시 발생되는 차압을 줄여주기 위한 것이다.
이러한 바이패스관(120,220)은 상기 중공관(110)과 마찬가지로 일정길이를 갖춘 중공형의 관부재로 구비된다. 이때, 상기 바이패스관(120,220)은 상기 중공관(110)의 직경보다 더 작은 직경을 갖도록 구비됨으로써 상기 중공관(110)의 내부에 삽입배치되며, 상기 바이패스관(120,220)의 둘레방향을 따라 배치되는 격판(130)에 의해 지지되어 상기 중공관(110)과 동심원적으로 배열된다.
여기서, 상기 격판(130)은 상기 중공관(110)의 전체길이의 1/2지점에서 상기 바이패스관(120,220)을 둘러싸도록 배치되어 상기 중공관(110)의 선단으로 유입된 유체의 흐름 경로를 변경하는 역할을 한다.
구체적으로 설명하면, 상기 중공관(110)의 선단으로 유입된 유체(A)는 상기 격판(130)에 의해 유체의 흐름경로가 막혀 상기 중공관(110)의 전단측에 형성된 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되도록 유도됨으로써 상기 중공관(110)의 외부로 더 많은 양의 유체가 흐를 수 있도록 한다. 이에 따라, 상기 중공관(110)의 외부를 감싸고 있는 분리막(30) 측으로 흐르는 유체의 양을 증가시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 격판(130)은 중공관(110)의 내부를 따라 흐르는 유체의 압력을 견딜 수 있는 적절한 두께를 갖도록 구비되며, 에폭시 경화제가 사용될 수 있지만 통상적으로 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관에 사용되는 격판의 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 실리콘이나 고무 등과 같은 재질도 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 도면과 설명에는 상기 격판(130)이 중공관(110) 전체길이의 1/2인 지점에 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 중공관(110) 전체길이의 1/3, 1/4지점과 같은 다양한 위치에 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
상기 바이패스관(120)은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 전체적인 길이가 상기 중공관(110)의 전체적인 길이와 대략 동일하게 구비되어 중공관(110)의 내부에 전체적으로 배치된다.
이때, 상기 바이패스관(120)은 유체가 유,출입되는 제3관통홀(123)이 형성되는 제1부분(121)과 상기 제3관통홀(123)이 형성되지 않는 제2부분(122)으로 구비된다. 여기서, 상기 제1부분(121) 및 제2부분(122)은 상기 격판(130)을 기준으로 좌,우측에 배치되도록 상기 중공관(110)의 내부에 배치되며, 상기 제3관통홀(123)이 형성된 제1부분(121)은 상기 제2부분(122)의 전방측에 배치된다.
이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 삼투용 다공성 유출관(100)이 복수 개로 구비되어 내부에 배치되는 바이패스관(120)의 단부가 서로 연결되도록 직렬연결되는 경우, 전방측에 배치되는 바이패스관(120)으로부터 후방측에 배치되는 중공관(110)으로 유입된 유체(A) 중 일부는 바이패스관(120)을 통해 후방측에 인접하게 연결되는 중공관(110) 측으로 직접 유입되고, 나머지는 전방측에 배치되는 중공관(110)으로부터 유입된 유체(B)와 혼합된 후 상기 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되어 상기 제2관통홀(114)로 유입된다.
여기서, 상기 전방측에 배치되는 중공관(110)으로부터 유입된 유체(A)는 제3관통홀(123) 및 제1관통홀(112)을 통해 외부로 유출되어 분리막(30)의 내부를 흐르면서 중공관(110)의 외부를 흐르는 유체(C)와 삼투작용에 의해 희석된 후 제2관통홀(114)을 통해 중공관(110)의 내부면과 바이패스관(120,220)의 외주면 사이에 형성된 공간(S1)으로 유입되는 유체(B)를 말한다.
여기서, 복수 개의 삼투용 다공성 유출관(100)이 서로 직렬연결되는 경우 최선단에 배치되는 다공성 유출관(100')은 외부로부터 유입되는 유체(A)가 상기 바이패스관(120)의 제1부분(121) 측으로만 유입될 수 있도록 선단에 바이패스관(120)을 제외한 나머지 부분에 제1막음판(116)이 구비된다. 그리고, 복수 개의 삼투용 다공성 유출관(100)이 서로 직렬연결되는 경우 최후단에 배치되는 다공성 유출관(100")은 바이패스관(120)의 단부를 통하여 유체가 외부로 유출되는 것을 차단하기 위하여 상기 제2부분(122)의 후단측에 제2막음판(124)이 구비된다.
이로 인해, 본 발명의 제1실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개가 서로 직렬연결되는 경우 외부로부터 공급되는 유체(A)는 최선단에 배치되는 유출관(100')의 바이패스관(120)을 통해 내부로 유입된다. 이후, 일부는 바이패스관(120)을 통해 후방에 배치되는 다공성 유출관(100) 측으로 직접 이동되고, 일부는 상기 제3관통홀(123) 및 제1관통홀(112)을 통해 분리막(30) 측으로 이동하여 삼투 작용이 일어나고 제2관통홀(114)을 통해 제2부분(122)의 외부면과 중공관(110)의 내부면 및 격판(130)에 의해 분리된 공간(S1) 측으로 유입된 후 후방에 배치되는 다공성 유출관(100)측 - 더욱 자세하게는 제1부분(121)의 외부면과 중공관(110)의 내부면 및 격판(130)에 의해 분리된 공간(S2)측으로 이동된다. 이후, 동일한 과정을 거쳐 최후방에 배치되는 다공성 유출관(100") 측으로 유입된 유체는 제2부분(122)의 단부에 구비된 제2막음판(124)에 의해 외부로의 유출이 차단됨으로써 제2부분(122)의 외부면과 격판(130) 및 중공관(110)의 내부면에 의해 둘러싸인 공간(S1)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 바이패스관(220)은 도 6내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 중공관(110)의 전체길이보다 짧게 구비되어 상기 중공관(110)의 내부에 부분적으로 배치될 수도 있다.
이때, 상기 바이패스관(220)은 중공관(110)의 내부에서 격판(130)을 기준으로 후방측에만 배치되며, 외부로 유체가 유,출입되는 별도의 제3관통홀(123)이 형성되지 않는다.
이에 따라, 상기 중공관(110)의 내부에서 상기 바이패스관(220)의 전방측에는 전방에 배치되는 다공성 유출관(200')의 바이패스관(220)으로부터 직접 이동되는 유체와 제1관통홀(112)을 통해 분리막(30) 측으로 이동되어 삼투작용이 일어난 유체가 동시에 유입되어 서로 섞일 수 있는 공간부(S3)가 마련된다.
이와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200)은 복수 개가 직렬연결되더라도 중공관(110)의 내부에 동심원적으로 배열되는 바이패스관(120,220)을 통해 유체의 흐름이 원활하게 이루어짐으로써 분리막(30) 측으로 유체가 이동하는 과정에서 발생되는 차압을 줄일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관(100,200)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 귄취되는 다수 개의 분리막(30)이 배치되고 이를 수용하는 별도의 외부케이스(20)가 제공되는 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투 모듈(10)을 구성할 수 있다.
여기서, 분리막(30)은 정삼투용 또는 압력지연용 모두 사용될 수 있으며 2장의 분리막이 겹쳐져 포켓 형상을 이루는 통상적인 구성이므로 상세한 설명은 생략한다. 더불어, 상기 외부케이스(20) 역시 정삼투 모듈 또는 압력지연 삼투 모듈에 사용되는 통상적인 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기에서 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 단순한 설계변형 또는 수정을 통한 등가물, 변형물 및 교체물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.

Claims (14)

  1. 유체가 유,출입되는 복수 개의 제1관통홀 및 제2관통홀이 길이방향을 따라 관통형성되는 중공관;
    상기 중공관의 내부에 길이방향을 따라 동심원적으로 배치되는 바이패스관; 및
    상기 중공관의 선단측으로 유입된 유체와 상기 제2관통홀을 통해 유입되는 유체를 서로 차단하기 위하여 상기 바이패스관의 둘레방향을 따라 형성되는 격판;을 포함하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관은 복수 개가 서로 직렬로 연결되고,
    전방측에 배치되는 바이패스관으로부터 후방측에 배치되는 중공관으로 유입된 유체 중 일부는 바이패스관을 통해 후방측에 인접하게 연결된 중공관 측으로 직접 유입되고, 나머지는 전방측에 배치되는 중공관으로부터 유입된 유체와 혼합된 후 상기 제1관통홀을 통해 외부로 유출되어 상기 제2관통홀로 유입되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스관은 상기 중공관의 내부에 길이방향을 따라 전체적으로 배치되고, 상기 유체가 유,출입되는 제3관통홀이 길이방향을 따라 관통형성되는 제1부분과 상기 제3관통홀이 형성되지 않는 제2부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1부분 및 제2부분은 상기 격판을 기준으로 구분되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1부분은 상기 제2부분의 전방측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 중공관의 선단측에는 유체가 상기 바이패스관 측으로만 유입될 수 있도록 제1부분을 제외한 나머지 영역을 밀폐하는 제1막음판이 구비되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제2부분의 후단측에는 유체의 유출을 차단하기 위한 제2막음판이 구비되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  8. 제 5항에 있어서,
    서로 인접하는 다공성 유출관은 전방에 배치되는 다공성 유출관에 구비되는 제2부분의 후단과 후방에 배치되는 다공성 유출관에 구비되는 제1부분의 선단이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스관은 상기 격판을 기준으로 후방측에만 배치되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 바이패스관은 후단측에 유체의 유출을 차단하기 위한 제2막음판이 구비되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 격판은 상기 중공관의 전체길이에 1/2인 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1관통홀 및 제2관통홀은 상기 격판을 경계로 서로 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 정삼투용 다공성 유출관; 및
    상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 정삼투 모듈.
  14. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 압력지연 삼투용 다공성 유출관; 및
    상기 다공성 유출관의 외주면에 둘레방향을 따라 나권형으로 권취되는 복수 개의 분리막;을 포함하는 압력지연 삼투 모듈.
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