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KR20160107865A - 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치 - Google Patents

확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치 Download PDF

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KR20160107865A
KR20160107865A KR1020150031340A KR20150031340A KR20160107865A KR 20160107865 A KR20160107865 A KR 20160107865A KR 1020150031340 A KR1020150031340 A KR 1020150031340A KR 20150031340 A KR20150031340 A KR 20150031340A KR 20160107865 A KR20160107865 A KR 20160107865A
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KR
South Korea
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hollow fiber
fiber membrane
membrane module
filtration
port
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KR1020150031340A
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Inventor
이아름
Original Assignee
코오롱인더스트리 주식회사
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Publication date
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Priority to US15/555,576 priority patent/US10286362B2/en
Priority to PCT/KR2016/002166 priority patent/WO2016144047A1/ko
Priority to CN201680013243.6A priority patent/CN107427778A/zh
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Abstract

다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적(footprint)의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치가 개시된다. 본 발명의 여과장치는 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들을 포함하되, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 원수 주입용 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 여과수 또는 기체 배출용 배출 포트가 서로 체결된다.

Description

확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치{Extendable Pressurized-Type Hollow Fiber Membrane Module and Filtration Apparatus Manufactured Using The Same}
본 발명은 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, i) 다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, ii) 설치 및 수리의 용이성 증대, iii) 설치면적(footprint)의 감소, 및/또는 iv) 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것이다.
유체처리를 위한 분리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법, 및 여과막을 이용하는 분리 방법 등이 있다. 여과막을 이용하는 분리 방법은 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 장점이 있고, 또한, 여과막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에 가열 등에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물을 사용하는 분리 공정에 널리 이용될 수 있다는 장점이 있다.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 다발로 형성한 중공사막 모듈을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막 모듈은 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.
중공사막 모듈은 구동방식에 따라 침지식(submerged-type) 모듈과 가압식(pressurized-type) 모듈로 분류될 수 있다.
침지식 모듈은 처리하고자 하는 유체 내에 침지된 상태에서 여과 작업을 수행한다. 구체적으로, 중공사막 내부에 음압(negative pressure)이 가해짐으로써 유체만이 선택적으로 중공사막 내부(중공)로 투과되고, 그 결과, 유체에 함유되어 있는 불순물 또는 슬러지 등의 오염물질이 여과수로부터 분리된다. 침지식 모듈은 유체의 순환을 위한 설비를 요구하지 않아 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있는 반면, 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반해, 처리하여야 할 유체를 중공사막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 모듈의 경우에는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있다.
본 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0122381호 및 제10-2012-0140329호에 각각 예시되어 있는 바와 같이, 통상의 가압식 중공사막 모듈의 경우, 케이스 내에 배치되는 중공사막의 양 말단들이 서로 다른 고정부들에 각각 포팅되어 있다. 즉, 여과 작업을 수행하는 중공사막의 바디 부분이 케이스 내의 양 고정부들 사이에 위치하기 때문에, 상기 중공사막이 손상될 경우 모듈 전체가 폐기되어야 하는 문제가 있다.
또한, 여과장치의 수처리 용량 증대를 위해서 케이스 및 그 안에 배치되는 중공사막의 길이를 각각 증가시킬 수 있으나, 중공사막의 길이가 길어질수록 중공사막의 중공을 흐르는 여과수 흐름을 방해하는 마찰력도 증가하기 때문에 중공사막의 수투과도가 저하되는 문제가 발생한다.
중공사막의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시키기 위한 다른 방법으로서 다수의 가압식 모듈들을 병렬로 연결하는 것도 고려할 수 있으나, 유체 순환을 위한 설비들이 복잡하여 그 설치가 곤란해질 뿐만 아니라 여과장치의 설치면적도 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 여과장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
본 발명의 일 측면으로서, 제1 가압식 중공사막 모듈; 및 제2 가압식 중공사막 모듈을 포함하되, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈은, 원수 주입을 위한 제1 유입 포트 및 탈기 또는 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트를 갖는 제1 케이스; 및 상기 제1 케이스 내의 제1 중공사막들을 포함하고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트 및 탈기(ventilation) 또는 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트를 갖는 제2 케이스; 및 상기 제2 케이스 내의 제2 중공사막들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 상기 제1 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 상기 제2 배출 포트가 서로 체결되어 있는, 여과장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 원수 유입 포트, 여과수 배출 포트, 및 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트를 갖는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하여 상기 케이스의 내부 공간을 비여과(non-filtration) 공간 및 여과 공간으로 나누는 제1 고정부 - 상기 여과 공간은 처리되어야 할 원수를 상기 원수 유입 포트를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간의 적어도 일부는 상기 여과수 배출 포트와 유체연통함 -; 상기 여과 공간 내에 위치하고 양 말단들이 상기 고정부에 포팅되어 있어 상기 비여과 공간의 적어도 일부와 유체연통하는 중공사막; 및 상기 중공사막과 유체연통하는 상기 비여과 공간의 적어도 일부를 가로지르며 상기 기체 배출 포트와 상기 여과 공간을 유체연통시키는 튜브를 포함하는, 확장형 가압식 중공사막 모듈이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 케이스 내에 배치되는 중공사막의 양 말단들이 동일한 고정부에 포팅되기 때문에 케이스의 소정 부분을 분리(detach)함으로써 여과 작업을 수행하는 중공사막의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 중공사막들 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막의 수리를 통해 여과 효율의 저하 없이도 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치에 의하면, 가압식 중공사막 모듈들이 직렬로 연결됨으로써 다단 여과[예를 들어, 정밀여과(microfiltration) 및 한외여과(ultrafiltration)]가 수행될 수 있고, 이와 같은 다단 여과를 통해 여과수 수질이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가압식 중공사막 모듈들을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 중공사막 모듈의 분배 플레이트는 불균일한 산기 세정 및 그로 인해 야기되는 상대적으로 빠른 중공사막 오염을 방지할 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여주고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여주고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 보여주며,
도 4의 (a) 내지 (c)는 분배 플레이트를 갖는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들을 각각 보여준다.
이하의 내용은 본 발명의 원리를 예시할 뿐이다. 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지는 않았지만 본 발명의 원리를 구현하는(즉, 본 발명의 범위에 포함되는) 다양한 실시예들이 당업자에 의해 발명될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 열거된 모든 실시예들은 오직 본 발명의 이해를 돕기 위한 목적으로 제시된 것이며, 본 발명이 이들 실시예들로 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여과장치 및 중공사막 모듈의 다양한 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈들(100a, 100b) 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여준다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과장치는 제1 및 제2 중공사막 모듈들(100a, 100b)을 포함한다.
상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)은, 원수(및 산기 세정을 위한 에어) 주입을 위한 제1 유입 포트(즉, 제1 원수 유입 포트)(IP-a) 및 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트(즉, 제1 여과수 배출 포트)(OP1-a)를 갖는 제1 케이스(110a), 및 상기 제1 케이스(110a) 내의 제1 중공사막들(120a)을 포함한다. 상기 제1 케이스(110a)는 탈기 수행을 위한 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 더 포함한다.
상기 제1 케이스(110a)는, 개방된 양단들을 갖는 제1 튜브형 바디(111a), 상기 제1 튜브형 바디(111a)의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)를 갖는 제1 상부 캡(112a), 및 상기 제1 튜브형 바디(111a)의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 갖는 제1 하부 캡(113a)을 포함한다.
상기 제1 상부 캡(112a) 내에 제1 고정부(131a)가 배치되어 있다. 대안적으로, 제1 고정부(131a)는 제1 튜브형 바디(111a) 내에 배치될 수도 있다. 상기 제1 고정부(131a)는 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등과 같은 폴리머로 형성될 수 있으며, 상기 제1 상부 캡(112a) 또는 제1 튜브형 바디(111a)의 내주면에 수밀하게(watertightly) 부착되어 있다.
상기 제1 고정부(131a)는 상기 제1 케이스(110a)의 내부 공간을 여과 공간(S1a) 및 비여과 공간(S2a)으로 분할한다. 즉, 상기 제1 상부 캡(112a)과 상기 제1 고정부(131a)는 상기 비여과 공간(S2a)을 정의하고, 상기 제1 고정부(131a), 제1 튜브형 바디(111a), 및 제1 하부 캡(113a)은 상기 여과 공간(S1a)을 정의한다.
상기 여과 공간(S1a)은 처리되어야 할 원수를 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간(S2a)은 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)와 유체연통한다.
상기 제1 고정부(131a)에 상기 제1 중공사막들(120a)의 양단이 포팅되어 있다. 여과 작업을 수행하는 상기 제1 중공사막들(120a)의 바디 부분은 상기 여과 공간(S1a)에 배치된다. 상기 제1 중공사막들(120a)은 개방된 양단을 통해 상기 비여과 공간(S2a)과 유체연통한다. 즉, 상기 여과 공간(S1a)에서 상기 제1 중공사막들(120a)의 바디 부분을 통과한 여과수가 상기 제1 중공사막들(120a)을 통해 상기 비여과 공간(S2a)으로 흘러들어간다.
제1 중공사막들(120a)의 제조에 사용될 수 있는 고분자는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 및 폴리에스테리이미드 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 중공사막들(120a)은 단일막 형태 또는 복합막 형태일 수 있다. 상기 제1 중공사막들(120a)이 복합막 형태일 경우, 상기 제1 중공사막들(120a)은 튜브형 브레이드 및 그 표면상에 코팅된 고분자 박막을 포함할 수 있다. 상기 튜브형 브레이드는 폴리에스테르 또는 나일론으로 제조될 수 있다.
상기 제1 중공사막(120a)의 양 말단들이 동일한 제1 고정부(131a)에 포팅되어 있고 상기 제1 상부 캡(112a) 및 제1 하부 캡(113a)이 제1 튜브형 바디(111a)에 분리 가능하게 결합되어 있기 때문에, 상기 제1 상부 캡(112a) 및/또는 제1 하부 캡(113a)을 제1 튜브형 바디(111a)로부터 분리(detach)함으로써 여과 작업을 수행하는 제1 중공사막(120a)의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 제1 중공사막들(120a) 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막을 수리(예를 들어, patching 또는 soldering)할 수 있고, 그 결과, 여과 효율의 저하 없이도 모듈(100a)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 상부 캡(112a)은 상기 여과 공간(S1a)과 유체연통하는 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 갖는다. 대안적으로, 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)는 제1 상부 캡(112a)이 아닌 제1 튜브형 바디(111a)의 상부에 형성되어 있을 수도 있다.
한편, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)은 상술한 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)과 거의 동일한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트(즉, 제2 원수 유입 포트)(IP-b) 및 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트(즉, 제2 여과수 배출 포트)(OP1-b)를 갖는 제2 케이스(110b), 및 상기 제2 케이스(110b) 내의 제2 중공사막들(120b)을 포함한다.
도 1에 예시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(100a, 100b)이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 서로 체결된다. 이를 위하여, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)에 삽입될 수 있고, 그 반대일수도 있다.
예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)는 그 외주면 상에 나사산(thread)을 갖고, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)는 그 내주면 상에 나사홈(thread groove)을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)가 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수도 있다.
상술한 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과장치는 다단 여과를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 중공사막들(120a)은 한외여과용 중공사막들일 수 있고, 상기 제2 중공사막들(120b)은 정밀여과용 중공사막들일 수 있다. 제2 모듈(100b)의 제2 중공사막들(120b)에 의한 정밀여과 작업을 통해 생산된 여과수가 상기 제2 여과수 배출 포트(OP1-b) 및 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 순차적으로 통과한 후 제1 모듈(100a)의 여과 공간(S1a)으로 유입되고, 이어서 제1 중공사막들(120a)에 의해 한외여과가 수행된다. 그 결과, 제1 모듈(100a)의 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)로부터 나오는 여과수의 수질이 한층 향상될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈들(200a, 200b) 및 이들로부터 제조되는 여과장치를 구체적으로 설명한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 여과장치는 제1 및 제2 중공사막 모듈들(200a, 200b)을 포함한다.
상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)은, 원수(및 산기 세정을 위한 에어) 주입을 위한 제1 유입 포트(즉, 제1 원수 유입 포트)(IP-a) 및 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제1 배출 포트(즉, 제1 기체 배출 포트)(OP2-a)를 갖는 제1 케이스(210a), 및 상기 제1 케이스(210a) 내의 제1 중공사막들(220a)을 포함한다. 상기 제1 케이스(210a)는 여과수 배출을 위한 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)를 더 포함한다.
상기 제1 케이스(210a)는, 개방된 양단들을 갖는 제1 튜브형 바디(211a), 상기 제1 튜브형 바디(211a)의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 갖는 제1 상부 캡(212a), 및 상기 제1 튜브형 바디(211a)의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 갖는 제1 하부 캡(213a)을 포함한다.
상기 제1 상부 캡(212a) 내에 제1 고정부(231a)의 내주면에 수밀하게(watertightly) 부착되어 있다. 전술한 본 발명의 제1 실시예의 제1 고정부(131a)와 마찬가지로, 상기 제1 고정부(231a)는 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등과 같은 폴리머로 형성될 수 있다.
상기 제1 고정부(231a)는 상기 제1 케이스(210a)의 내부 공간을 여과 공간(S1a) 및 비여과 공간(S2a)으로 분할한다. 즉, 상기 제1 상부 캡(212a)과 상기 제1 고정부(231a)는 상기 비여과 공간(S2a)을 정의하고, 상기 제1 고정부(231a), 제1 튜브형 바디(211a), 및 제1 하부 캡(213a)은 상기 여과 공간(S1a)을 정의한다.
상기 여과 공간(S1a)은 처리되어야 할 원수를 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간(S2a)은 상기 제1 상부 캡(212a)에 구비된 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)와 유체연통한다.
대안적으로, 제1 고정부(231a)는 상기 제1 상부 캡(212a)에 인접하게 제1 튜브형 바디(211a)의 내주면에 수밀하게 부착될 수도 있다. 이 경우, 비여과 공간(S2a)과 유체연통하는 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 상부 캡(212a)에 구비될 수 있으나, 상기 제1 고정부(231a) 바로 위의 상기 제1 튜브형 바디(211a) 부분에 제공될 수도 있다.
상기 제1 고정부(231a)에 상기 제1 중공사막들(220a)의 양단이 포팅되어 있다. 여과 작업을 수행하는 상기 제1 중공사막들(220a)의 바디 부분은 상기 여과 공간(S1a)에 배치된다. 상기 제1 중공사막들(220a)은 개방된 양단을 통해 상기 비여과 공간(S2a)과 유체연통한다. 즉, 상기 여과 공간(S1a)에서 상기 제1 중공사막들(220a)의 바디 부분을 통과한 여과수가 상기 제1 중공사막들(220a)의 중공을 통해 상기 비여과 공간(S2a)으로 흘러들어간다.
전술한 본 발명의 제1 실시예의 제1 중공사막들(120a)과 마찬가지로, 상기 제1 중공사막들(220a)도 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 및 폴리에스테리이미드 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 중공사막들(220a)은 단일막 형태 또는 복합막 형태일 수 있다.
상기 제1 중공사막(220a)의 양 말단들이 동일한 제1 고정부(231a)에 포팅되어 있고 상기 제1 상부 캡(212a) 및 제1 하부 캡(213a)이 제1 튜브형 바디(211a)에 분리 가능하게 체결되어 있기 때문에, 상기 제1 상부 캡(212a) 및/또는 제1 하부 캡(213a)을 제1 튜브형 바디(211a)로부터 분리함으로써 여과 작업을 수행하는 제1 중공사막(220a)의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 제1 중공사막들(220a) 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막을 수리(예를 들어, patching 또는 soldering)할 수 있고, 그 결과, 여과 효율의 저하 없이도 모듈(200a)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)은 제1 튜브(240a)를 더 포함한다. 상기 제1 튜브(240a)는 상기 제1 중공사막(220a)과 유체연통하는 상기 비여과 공간(S2a)을 가로지르며, 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)와 상기 여과 공간(S1a)을 유체연통시킨다.
상기 제1 튜브(240a)는, 상기 비여과 공간(S2a)과 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 유체연통하지 않도록, 상기 비여과 공간(S2a)을 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)로부터 차단한다. 이를 위하여, 상기 제1 튜브(240a)의 일단은 상기 제1 고정부(231a)에 포팅되어 있고, 상기 제1 튜브(240a)의 타단은 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)에 수밀하게 체결되어 있다.
도시되어 있지는 않지만, 실링을 위한 O-링(들)이 상기 제1 튜브(240a)와 상기 제1 고정부(231a) 사이 및/또는 상기 제1 튜브(240a)와 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a) 사이에 개재될 수 있다.
한편, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)은 상술한 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)과 거의 동일한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트(즉, 제2 원수 유입 포트)(IP-b) 및 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제2 배출 포트(즉, 제2 기체 배출 포트)(OP2-b)를 갖는 제2 케이스(210b), 및 상기 제2 케이스(210b) 내의 제2 중공사막들(220b)을 포함한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 서로 체결된다. 이를 위하여, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)에 삽입될 수 있고, 그 반대일 수도 있다.
예를 들어, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)는 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)는 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)가 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수도 있다.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과장치에 의하면, 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 여과 공간(S1a)과 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 여과 공간(S1b)이 제2 튜브(240b)를 통해 유체연통한다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
처리되어야 할 원수(및 산기 세정을 에어)가 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 제2 유입 포트(IP-b)을 통해 여과장치 내로 유입되면서, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 여과 공간들(S1a, S1b)이 상기 원수로 순차적으로 채워지게 되고 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 탈기가 수행된다.
이어서, 밸브(미도시) 조작에 의해 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 폐쇄되고, 가압 여과가 제1 및 제2 중공사막들(220a, 220b)에 의해 수행되며, 상기 가압 여과에 의해 생산된 여과수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 비여과 공간들(S2a, S2b)로 각각 유입된 후 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 각각 여과장치로부터 배출된다.
역세 작업을 위하여, 밸브들(미도시) 조작에 의해 제2 유입 포트(IP-b)가 폐쇄되고 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 개방된다. 이어서, 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 역세수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 비여과 공간들(S2a, S2b)로 각각 유입됨으로써 역세 작업이 수행된다. 역세 과정에서 발생하는 오버플로우/농축수가 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 여과장치로부터 배출된다.
여과 작업이 종료된 후 여과장치 내의 원수/농축수가 제2 유입 포트(IP-b)를 통해 드레인된다.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 의하면, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막(220a, 220b)의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 및 제2 중공사막 모듈들(300a, 300b) 및 이들로부터 제조되는 여과장치를 구체적으로 설명한다.
도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 여과장치를 구성하는 중공사막 모듈(300a, 300b)은, i) 비여과 공간(S2a, S2b)을 여과수 공간(S2a-1, S2b-1) 및 에어 공간(S2a-2, S2b-2)으로 나누는 보조 고정부(332a, 332b)를 각각 더 포함하고, ii) 상기 여과수 공간(S2a-1, S2b-1)이 중공사막들(320a, 320b) 및 상기 여과수 배출 포트(OP1-a, OP1-b)와 각각 유체연통하며, iii) 양 말단들이 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)에 각각 포팅되어 있어 여과 공간(S1a, S1b)과 상기 에어 공간(S2a-2, S2b-2)을 유체연통시키는 다수의 튜브들(340a, 340b)을 포함한다는 점들을 제외하고는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 여과장치를 구성하는 중공사막 모듈들(200a, 200b)과 동일하다.
도 3에서는 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)가 상부 캡(312a, 312b)의 내주면에 수밀하게 부착되어 있으나, 이들 모두가 튜브형 바디(311a, 311b)의 상부 내주면에 수밀하게 부착되어 있을 수도 있다.
또한, 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)가 튜브형 바디(311a, 311b)의 상부 내주면 및 상부 캡(312a, 312b)의 내주면에 각각 수밀하게 부착될 수도 있다. 이 경우, 여과수 배출 포트(OP1-a, OP1-b)는 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b) 사이에서 상기 튜브형 바디(311a, 311b) 또는 상부 캡(312a, 312b)에 제공될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
처리되어야 할 원수(및 산기 세정을 에어)가 제2 가압식 중공사막 모듈(300b)의 제2 유입 포트(IP-b)을 통해 여과장치 내로 유입되면서, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과 공간들(S1a, S1b)이 상기 원수로 순차적으로 채워지게 되고 제1 가압식 중공사막 모듈(300a)의 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 탈기가 수행된다.
이어서, 밸브(미도시) 조작에 의해 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 폐쇄되고, 가압 여과가 제1 및 제2 중공사막들(320a, 320b)에 의해 수행되며, 상기 가압 여과에 의해 생산된 여과수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과수 공간들(S2a-1, S2b-1)로 각각 유입된 후 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 각각 여과장치로부터 배출된다.
역세 작업을 위하여, 밸브들(미도시) 조작에 의해 제2 유입 포트(IP-b)가 폐쇄되고 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 개방된다. 이어서, 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 역세수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과수 공간들(S2a-1, S2b-1)로 각각 유입됨으로써 역세 작업이 수행된다. 역세 과정에서 발생하는 오버플로우/농축수가 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 여과장치로부터 배출된다.
여과 작업이 종료된 후 여과장치 내의 원수/농축수가 제2 유입 포트(IP-b)를 통해 드레인된다.
상술한 본 발명의 제3 실시예에 의하면, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막(320a, 320b)의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 분배 플레이트(150, 250, 350)를 갖는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들을 각각 보여준다.
즉, 상술한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들 각각은 케이스 내에서 상기 원수 유입 포트에 인접하게 배치되어 있으며 다수의 홀들(H)을 갖는 분배 플레이트(150, 250, 350)를 더 포함할 수 있다.
상기 분배 플레이트(150, 250, 350)는, 처리되어야 할 원수와 함께 또는 그것과 별도로 상기 원수 유입 포트를 통해 케이스 내로 유입되는 산기 세정을 위한 에어가 중공사막들에 균일하게 제공될 수 있도록 함으로써, 불균일한 산기 세정 및 그로 인해 야기되는 상대적으로 빠른 중공사막 오염을 방지할 수 있다.
위에서 설명한 제2 및 제3 실시예들은 상단집수 방식이 적용되고 있으나, 해당 모듈들을 거꾸로 배치하고 하단집수 방식을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 원수 유입 포트와 기체 배출 포트의 기능이 뒤바뀌게 될 것이다.
또한, 튜브형 바디 및 상/하부 캡들이 나사 방식으로 서로 체결된 케이스를 위에서 예시하였으나, 튜브형 바디 및 상/하부 캡들은 그 밖의 다른 방식들, 예를 들어 클램프 방식으로 체결될 수도 있다.
100a, 200a, 300a: 제1 가압식 중공사막 모듈
110a, 210a, 310a: 제1 케이스 120a, 220a, 320a: 제1 중공사막
131a, 231a, 331a: 제1 고정부 332a: 제1 보조 고정부
240a, 340a: 제1 튜브 150, 250, 350: 분배 플레이트

Claims (12)

  1. 제1 가압식 중공사막 모듈; 및
    제2 가압식 중공사막 모듈을 포함하되,
    상기 제1 가압식 중공사막 모듈은,
    원수 주입을 위한 제1 유입 포트 및 탈기 또는 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트를 갖는 제1 케이스; 및
    상기 제1 케이스 내의 제1 중공사막들을 포함하고,
    상기 제2 가압식 중공사막 모듈은,
    원수 주입을 위한 제2 유입 포트 및 탈기(ventilation) 또는 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트를 갖는 제2 케이스; 및
    상기 제2 케이스 내의 제2 중공사막들을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 상기 제1 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 상기 제2 배출 포트가 서로 체결되어 있는,
    여과장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배출 포트들은 여과수 배출 포트들이고,
    상기 제1 및 제2 케이스들은 탈기 수행을 위한 제1 및 제2 기체 배출 포트들을 각각 더 포함하는,
    여과장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배출 포트들은 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트들이고,
    상기 제1 및 제2 케이스들은 제1 및 제2 여과수 배출 포트들을 각각 더 포함하는,
    여과장치.
  4. 원수 유입 포트, 여과수 배출 포트, 및 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트를 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 위치하여 상기 케이스의 내부 공간을 비여과(non-filtration) 공간 및 여과 공간으로 나누는 고정부 - 상기 여과 공간은 처리되어야 할 원수를 상기 원수 유입 포트를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간의 적어도 일부는 상기 여과수 배출 포트와 유체연통함 -;
    상기 여과 공간 내에 위치하고 양 말단들이 상기 고정부에 포팅되어 있어 상기 비여과 공간의 적어도 일부와 유체연통하는 중공사막; 및
    상기 중공사막과 유체연통하는 상기 비여과 공간의 적어도 일부를 가로지르며 상기 기체 배출 포트와 상기 여과 공간을 유체연통시키는 튜브를 포함하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비여과 공간과 상기 기체 배출 포트가 유체연통하지 않도록, 상기 튜브는 상기 비여과 공간을 상기 기체 배출 포트로부터 차단하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 튜브의 일단은 상기 고정부에 포팅되어 있고, 상기 튜브의 타단은 상기 기체 배출 포트에 수밀하게 체결되어 있는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 비여과 공간을 여과수 공간 및 에어 공간으로 나누는 보조 고정부를 더 포함하고,
    상기 여과수 공간은 상기 중공사막 및 상기 여과수 배출 포트와 각각 유체연통하며,
    상기 튜브의 양 말단들이 상기 고정부 및 보조 고정부에 각각 포팅되어 있어 상기 여과 공간과 상기 에어 공간이 상기 튜브를 통해 유체연통하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 그 외주면 상에 나사산(thread)을 갖고,
    상기 원수 유입 포트는 그 내주면 상에 나사홈(thread groove)을 갖는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 그 내주면 상에 나사홈을 갖고,
    상기 원수 유입 포트는 그 외주면 상에 나사산을 갖는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 케이스는,
    튜브형 바디 - 상기 튜브형 바디의 양단들은 개방되어 있음 -;
    상기 튜브형 바디의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 여과수 배출 포트 및 상기 기체 배출 포트를 갖는 상부 캡; 및
    상기 튜브형 바디의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 원수 유입 포트를 갖는 하부 캡을 포함하고,
    상기 상부 캡 내에 상기 고정부가 배치되어 있고,
    상기 상부 캡과 상기 고정부는 상기 비여과 공간을 정의하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 케이스는,
    튜브형 바디 - 상기 튜브형 바디의 양단들은 개방되어 있음 -;
    상기 튜브형 바디의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 여과수 배출 포트 및 상기 기체 배출 포트를 갖는 상부 캡; 및
    상기 튜브형 바디의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 원수 유입 포트를 갖는 하부 캡을 포함하고,
    상기 튜브형 바디 내에서 상기 상부 캡과 인접하게 상기 고정부가 배치되어 있고,
    상기 상부 캡과 상기 고정부는 상기 비여과 공간을 정의하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 케이스 내에서 상기 원수 유입 포트에 인접하게 배치되어 있으며 다수의 홀들을 갖는 분배 플레이트를 더 포함하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
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