KR101718161B1 - 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공사막 고정용 엔드캡에 관한 것으로, 보다 구체적으로 중공사막 고정용 엔드캡은 상면과 하면을 갖고, 상기 하면은 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되며, 상기 상면에는 복수의 삽입 홈이 구비되고, 상기 상면과 상기 하면을 관통하는 복수의 채널이 형성된 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈은 여과 과정에서 중공사막의 표면에 들러붙은 부착물들을 에어 스크러빙 공정을 수행하여 효율적으로 제거할 수 있다.

Description

중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈{End cap for mounting hollow fiber membrane and water treatment module comprising the same}

본 발명은 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 여과 과정에서 중공사막의 표면에 들러붙은 부착물들을 에어 스크러빙 공정을 수행하여 효율적으로 제거할 수 있으며, 에어 스크러빙 공정에서 중공사막을 향하여 유입되는 에어의 운동량 저하 및 압력손실을 줄일 수 있으며, 유입되는 에어는 중공사막 고정용 엔드캡의 채널을 통과하는 과정에서 압력을 회복하여 고압으로 부착물에 분사될 수 있는 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 에너지 절감, 공간 절약, 전력 절약 및 수질의 개선과 같은 요구가 증가됨에 따라, 분리 막에 의해 물을 여과시키는 막 여과 방법이 개발되어 왔으며, 현재 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.

중공사막(hollow fiber membrane)은 단위 부피당 큰 막 면적을 확보할 수 있는 장점이 있어 화학적 정제, 살균 여과 및 정화와 같은 다양한 유체 처리 분야에 적용되고 있다.

중공사막을 이용한 수처리 모듈에는 유입구 및 배출구가 형성된 케이스 내부에 중공사막 다발(bundle)이 배치되어 있고, 이러한 수처리 모듈에서는 유입구를 통해 케이스 내부로 유입된 원수가 중공사막 다발을 거치는 과정에서 여과가 일어나며, 여과된 원수는 배출구를 통해 외부로 배출된다.

한편, 현탁한 물질들은 여과과정에서 중공사막의 표면에 들러붙게 되고, 이러한 부착물들에 의하여 수처리 모듈의 효율이 떨어지게 되므로, 이러한 현탁한 물질들을 제거하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 여과 과정에서 중공사막의 표면에 들러붙은 부착물들을 에어 스크러빙 공정을 수행하여 효율적으로 제거할 수 있는 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈을 제공하는 것이다.

또한, 에어 스크러빙 공정에서 중공사막을 향하여 유입되는 에어의 운동량 저하 및 압력손실을 줄일 수 있으며, 유입되는 에어는 중공사막 고정용 엔드캡의 채널을 통과하는 과정에서 압력을 회복하여 고압으로 부착물에 분사될 수 있는 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 측면에 따르면,

상면과 하면을 갖고, 하면이 소정의 곡률 갖는 구면으로 형성되며, 상면과 하면을 관통하는 복수의 채널 및 전면에 복수의 삽입 홈이 형성된 중공사막 고정용 엔드캡이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

길이방향으로 연장된 어느 한 종단부에 기체유입구가 형성되고, 일측에 유입포트 및 배출포트가 각각 형성된 하우징; 상기 하우징의 기체 유입구 측 종단부에 장착되며, 상면과 기체 유입구에 대응되는 하면을 갖고, 하면이 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되며, 상면과 하면을 관통하는 복수의 채널 및 전면에 복수의 삽입 홈이 형성된 엔드캡; 및 상기 엔드캡의 삽입홈에 일 종단부가 고정되고, 하우징 내부에 배치된 복수의 중공 파이버를 포함하는 수처리 모듈이 제공된다.

이때, 상기 유입포트를 통해 유입된 유체는 중공 파이버를 통과하는 과정에서 여과된 후, 배출포트를 통해 외부로 배출된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈은 여과 과정에서 중공사막의 표면에 들러붙은 부착물들을 에어 스크러빙 공정을 수행하여 효율적으로 제거할 수 있다.

또한, 에어 스크러빙 공정에서 중공사막을 향하여 유입되는 에어의 운동량 저하 및 압력손실을 줄일 수 있으며, 유입되는 에어는 중공사막 고정용 엔드캡의 채널을 통과하는 과정에서 압력을 회복하여 고압으로 부착물에 분사될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 고정용 엔드캡의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 중공사막 고정용 엔드캡의 저면 사시도.
도 3은 도 1의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 모듈의 요부 단면도.
도 5는 도 4의 B부분에 대한 상세 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 고정용 엔드캡 및 이를 포함하는 수처리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 고정용 엔드캡의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 중공사막 고정용 엔드캡의 저면 사시도이며, 도 3은 도 1의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 고정용 엔드캡(10, 이하, "엔드캡"이라 함)은 상면(13)과 하면(14)을 갖고, 하면(14)이 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되고, 이러한 구면은 외부로 돌출된 볼록 구면인 것이 바람직하다. 이는 폭기(曝氣, aeration) 시에 에어가 가진 운동량의 손실을 최소화하기 위한 형상으로서, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 만약에, 채널(12)의 길이가 짧다면 하면(14)이 오목한 구면으로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드캡(10)에는 상면(13)과 하면(14)을 관통하여 형성되는 복수의 채널(12) 및 상기 상면(13)에 형성되는 복수의 삽입 홈(11)이 구비된다.

상기 엔드캡(10)은 중공사막을 통한 여과 과정 중 안정성의 측면에서 독성 성분을 배출하지 않는 친환경 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 이에 제한되지 않으나 예를 들어, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등으로 형성될 수 있다.

상기 삽입홈(11)은 중공사막의 일 종단부가 고정되는 곳이고, 상면(13)과 하면(14)을 관통하는 각 채널(12)은 중공사막의 표면에 부착된 오염물질(fouling)을 제거하는 에어 스크러빙(scrubbing) 공정에서 외부의 에어가 내부의 중공사막으로 유동할 수 있는 유동로가 되며, 상기 채널(11)은 상기 상면(13)에 대하여 그 중심선(도 5 참조)이 수직방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 채널(11)의 직경은 직경은 5 내지 10mm 일 수 있으며, 바람직하게 6 내지 8mm 일 수 있다. 상기 수치보다 채널의 직경이 작으면, 유동 저항으로 인한 폭기 시에 펌프의 동력비 상승 문제가 발생할 수 있고, 상기 수치보다 채널의 직경이 큰 경우에는 에어 버블(air bubble)의 크기가 커져 폭기 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 전술한 에어는 엔드캡(10)의 하면(14)의 채널 유입구(12-1)로 유입되어 상면(13)의 채널 배출구(12-2)를 통하여 중공사막의 표면에 도달하게 되며, 이러한 각 채널(12)은 하면(14)의 입구(12-1) 측에서 상면(13)의 출구(12-2) 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구조를 갖는 각 채널(12)은 노즐의 역할을 하며, 상기 에어는 채널의 출구(12-2) 측으로 갈수록 유속이 빨라지게 된다.

이하, 이와 같은 엔드캡(10)을 포함하는 수처리 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 모듈(100)의 요부 단면도이고, 도 5는 도 4의 B부분에 대한 상세 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 모듈(100)은 길이방향으로 연장된 어느 한 종단부에 기체유입구(113)가 형성되고, 일측에 유입포트(111) 및 배출포트(112)가 각각 형성된 하우징(110) 및 상기 하우징(110)의 기체 유입구(113) 측 종단부에 장착되며, 상면과 기체 유입구(113)에 대응되는 하면을 갖고, 하면이 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되며, 상면과 하면을 관통하는 복수의 채널(122) 및 상면에 복수의 삽입 홈이 형성된 엔드캡(120)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 모듈(100)은 상기 엔드캡(120)의 삽입홈에 일 종단부가 고정되고, 하우징(110) 내부에 배치된 복수의 중공사막(H)을 포함하여, 상기 유입포트(111)를 통해 유입된 유체(원수)는 중공사막(H)을 통과하는 과정에서 여과된 후, 배출포트(112)를 통해 외부로 배출된다.

여기서, 엔드캡(120)은 도 1내지 도 3을 통해 설명한 중공사막 고정용 엔드캡(10)과 동일한 구조 및 기능을 가지며, 수처리 모듈에서는 상기 엔드캡(10, 120)이 상면(13)이 하우징의 내부 공간에 대응되고, 하면(14)이 하우징(110)의 기체 유입구(113) 측에 대응되도록 배치된다.

전술한 바와 같이, 상기 삽입홈은 중공사막(H)의 일 종단부가 고정되는 곳이고, 상면과 하면을 관통하는 각 채널(122)은 중공사막(H)의 표면에 부착된 오염물질(fouling)을 제거하는 에어 스크러빙(scrubbing) 공정에서 외부의 에어가 하우징의 기체 유입구(113)를 통하여 하우징(110) 내부에 배치된 중공사막(H)으로 유동할 수 있는 유동로가 되며, 상기 채널(122)은 상기 엔드캡(120)의 상면에 대하여 그 중심선(도 5 참조)이 수직방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 채널의 직경은 직경은 5 내지 10mm 일 수 있으며, 바람직하게 6 내지 8mm 일 수 있다. 상기 수치보다 채널의 직경이 작으면, 유동 저항으로 인한 폭기 시에 펌프 동력비 상승 문제가 발생할 수 있고, 상기 수치보다 채널의 직경이 큰 경우에는 에어 버블의 크기가 커져 폭기 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 에어 스크러빙 공정에서 하우징(110) 외부로부터 공급되는 에어는 하우징(110)의 기체 유입구(113)를 통하여 엔드캡(120)의 하면의 채널(122) 유입구로 유입되고, 상면의 채널(122) 배출구를 통하여 중공사막(H)의 표면에 도달하게 된다. 이러한 각 채널(122)은 하면의 채널 입구 측에서 상면의 출구 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구조를 갖는 각 채널(122)은 노즐의 역할을 하며, 에어는 채널의 출구 측으로 갈수록 유속이 빨라지게 된다. 이러한 고속의 에어는 중공사막의 표면에 충돌하며, 중공사막(H) 표면의 부착물들을 스크러빙하게 된다.

한편, 상기 엔드캡(120)의 구면은 하우징(110)의 기체 유입구(113)를 향하여 돌출된 볼록 구면인 것이 바람직하고, 상기 엔드캡(120)은 그 하면이 상기 하우징(110)의 기체 유입구(113)와 10 내지 50mm의 간격(D1)을 갖도록 장착되는 것이 바람직하다. 상기 엔드캡(120)의 하면과 기체 유입구(113)와의 간격이 너무 좁으면 공기유동의 정체로 인해 좌우로 퍼져 운동량 손실이 크고, 간격이 너무 넓으면 공기유동이 전진하면서 운동량이 손실되므로 상술한 간격과 같이 적절하게 유지하여야 한다.

도 5를 참조하면, 하우징 외부의 에어는 기체 유입구(113)를 통해 하우징(110)과 엔드캡(120)의 하면 사이의 공간으로 유동된 후, 엔드캡(120)의 하면의 채널(122) 유입구로 유입되고, 상면의 채널(122) 배출구를 통하여 중공사막(H)의 표면에 도달하게 된다.

여기서, 엔드캡(120)의 하면이 곡면으로 형성되므로, 기체 유입구(113)로 유입된 에어는 엔드캡(120)의 하면의 채널(122) 유입구로 완만한 곡선을 그리며 유동할 수 있게 되고, 이에 따라 압력 강화를 최소화시킬 수 있다.

이때, 엔드캡(120)의 곡면은 하우징(110)의 기체 유입구(113)의 중심선(L)과 각 채널 중심선의 체널(122) 유입구에서의 접선(S)이 이루는 각도(α)는 5 내지 15도 이내인 것이 바람직하다. 이는 상기 수치보다 각도가 작으면 공기유동의 정체로 인해 운동량 손실이 크게 되고, 각도가 크면 엔드캡(120)과 기체 유입구(113)와의 간격이 너무 커져 압력 손실이 발생하기 때문이다.

또한, 이러한 각 채널(122)은 하면의 채널 입구 측에서 상면의 출구 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구조를 갖는 각 채널(122)은 노즐의 역할을 하며, 에어는 채널의 출구 측으로 갈수록 유속이 빨라지게 된다. 이러한 고속의 에어는 중공사막의 표면에 충돌하며, 중공사막(H) 표면의 부착물들을 스크러빙하게 된다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (11)

1. 상면과 하면을 갖고, 상기 하면은 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되며, 상기 상면에는 복수의 삽입 홈이 구비되고, 상기 상면과 상기 하면을 관통하는 복수의 채널이 형성된 중공사막 고정용 엔드캡.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 채널은 각각 상기 하면의 입구 측에서 상기 상면의 출구 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 중공사막 고정용 엔드캡.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하면은 외부로 돌출된 볼록 구면인 것을 특징으로 하는 중공사막 고정용 엔드캡.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 채널의 직경은 각각 5 내지 10mm 인 것을 특징으로 하는 중공사막 고정용 엔드캡.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 채널은 각각 상기 상면에 대하여 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 중공사막 고정용 엔드캡.
   
6. 길이방향으로 연장된 어느 한 종단부에 기체유입구가 형성되고, 일측에 유입포트 및 배출포트가 각각 형성된 하우징;
   상기 하우징의 기체 유입구 측 종단부에 장착되고, 상기 하우징의 기체 유입구에 대응되는 하면과 복수의 삽입 홈이 형성된 상면을 갖고, 상기 하면은 소정의 곡률을 갖는 구면으로 형성되며, 상기 상면과 상기 하면을 관통하는 복수의 채널이 형성된 엔드캡; 및
   상기 엔드캡의 삽입홈에 일 종단부가 고정되고, 하우징 내부에 배치된 복수의 중공사막을 포함하여,
   상기 유입포트를 통해 유입된 유체는 중공사막을 통과하는 과정에서 여과된 후, 배출포트를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 엔드캡의 복수의 채널은 각각 상기 엔드캡의 하면의 입구 측에서 상기 엔드캡의 상면의 출구 측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 엔드캡의 하면은 상기 하우징의 기체 유입구를 향하여 돌출된 볼록 구면인 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 엔드캡의 복수의 채널의 직경은 각각 5 내지 10mm 인 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 복수의 채널은 각각 상기 엔드캡의 상면에 대하여 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
    
11. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔드캡은 그 하면이 상기 하우징의 기체 유입구와 10 내지 50mm 의 간격을 갖도록 상기 하우징에 장착되는 것을 특징으로 하는 수처리 모듈.
    

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