KR101837554B1 - 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 수처리 방법 중 분리막을 이용하는 막 증류 방법 중 하나인 직접 접촉 막증류 및 진공식 막 증류 방식에 사용할 수 있는 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 상면, 하면 및 4개의 측면을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 구비되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈에 있어서, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 인접한 두 측면에는 제1포트가 구비되고, 이에 대향하는 하우징의 인접한 두 측면에는 제2포트가 구비되며, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 서로 대향하는 두 측면에 각각 2개의 제3포트가 구비되는 하우징의 내부에 다수의 평행하게 배치되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템에 대한 것이다.
Description
본원 발명은 수처리 방법 중 분리막을 이용하는 막 증류 방법의 하나인 직접 접촉 막증류 및 진공식 막 증류 방식에 사용할 수 있는 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 상면, 하면 및 4개의 측면을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 구비되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈에 있어서, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 인접한 두 측면에는 제1포트가 구비되고, 이에 대향하는 하우징의 인접한 두 측면에는 제2포트가 구비되며, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 서로 대향하는 두 측면에 각각 2개의 제3포트가 구비되는 하우징의 내부에 다수의 평행하게 배치되는 중공사 모듈과 원수의 균일한 온도분배를 위한 배플을 포함하는 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템에 대한 것이다.
전 세계적으로 수질의 오염 및 물 부족 현상으로 인하여 깨끗한 수자원을 확보하기 위한 다양한 수처리 기술이 연구되고 있다. 그 중 해수 담수화 기술은 지구상에 무한정 존재하는 해수를 갈수의 영향 없이 담수화하여 물 부족에 대처할 수 있는 유일한 방법이므로 절대적으로 담수자원이 부족한 국가에서는 유일한 대안으로서 기술개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
일반적인 해수 담수화 기술 중 증발법(Distillation), 냉동법(Freezing Process), 역삼투법(Reverse Osmosis: RO), 전기투석법(Electric Energy) 등 다양한 방법을 적용하고 있지만 높은 에너지 비용으로 인해 새로운 기술이 요구되고 있다. 그 중 차세대 담수화 기법의 하나로 낮은 압력에서 운전되고 태양열, 폐열 등의 저온 열원을 이용할 수 있는 막 증류법이 역삼투법를 대체할 수 있는 기술이며 또한 역삼투법 농축수에서도 담수생산이 가능하고, 추가적인 농축을 통해 농축수의 부피저감 및 농축수 내의 유가자원 회수를 가능하게 하는 이상적인 기술로 주목되고 있다.
막 증류법(membrane distillation)은 분리막을 이용한 분리 공정 중의 하나로서, 온도차에 의한 증기압차를 구동력으로 한다. 분리막에 접촉하여 흐르는 뜨거운 공급수에서 증발한 증기가 분리막의 기공을 통과하여 응축된 순수를 얻을 수 있으며 비 휘발성 및 무기물이 함유된 공급수의 제거 시 제거율이 100%에 달한다. 분리막으로는 물에 젖지 않는 소수성 다공성 막으로 사용되며 재질로는 PE, PP, PVDF와 PTFE와 같은 소수성 고분자 분리막이 사용되고 있다. 이러한 막 증류법은 다양한 형태로 운전이 가능하며 각각의 운전 형태에 따라 물질전달 및 열전달의 효율이 다르게 나타나기 때문에 공정의 선정과 모듈 형태 개발이 중요하다.
한편, 막 증류법을 이용하여 투과유량을 극대화하기 위해서는 공극 측에서의 공급용액이 높은 증기압을 형성해야 하며 일반적으로 증기압을 높게 하려면 공급용액의 온도를 높이거나 유속을 증가시켜야하며 투과측의 온도를 낮게 유지하여 결과적으로 공급측과 투과측의 증기압차가 극대화되어 많은 투과유량을 확보할 수 있다. 하지만, 위와 같은 높은 증기압차를 얻기 위해서는 충분한 열전달과 물질전달이 수행되기 때문에 많은 에너지가 요구된다는 단점이 있는 것이 현실이다.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 막 모듈 내 중공사 단일 모듈의 결합 및 해체할 수 있어 모듈 내부의 분리막 충진율을 조절할 수 있고 충진율 증가를 통하여 동일 유량의 원수의 공급으로부터 상대적으로 높은 투과 유량을 가질 수 있는 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명에서는 분리막 외경 방향으로 원수를 이동시키는 아웃-인 흐름(Out-In Flow) 방식과 분리막 내경 방향으로 원수를 이동시키는 인-아웃 흐름(In-Out Flow) 방식 모두에 적용 가능한 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명에서는 원수의 흐름 방향과 처리수 방향을 동일하게 할 수 있고 교차되게 할 수도 있는 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명은 처리부에 저온의 냉각수 배관 형성 및 진공 배관 형성이 용이하여 직접 접촉 막증류 방식 및 진공 막증류 방식의 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명의 목적은 모듈 내부에 복수개의 단일 중공사막 모듈을 다수로 적층하여 모듈 내 분리막 충진율을 쉽게 조절할 수 있으며 운영 중 발생되는 웨팅(Wetting) 및 분리막 파단 등으로 부터 손쉬운 수리 및 교체가 가능한 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 블록 모듈 내부에 배플을 설치하여 원수(Feed Water)의 분배를 원활히 하여 MD 모듈에서 중요한 인자인 균일한 온도 분배가 가능한 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본원 발명은 기존의 일반적인 모듈의 형태인 원형에서 탈피하여 박스또는 블록 형태의 모듈을 제공함으로써 모듈 간 결합이 용이하고 그에 따라 모듈이 차지하는 공간(Foot Print)을 절감할 수 있는 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본원 발명은 상면(17), 하면(18) 및 4개의 측면(19)을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 구비되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈에 있어서, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 인접한 두 측면에는 제1포트(11, 13)가 구비되고, 이에 대향하는 하우징의 인접한 두 측면에는 제2포트(12, 14)가 구비되며, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 서로 대향하는 두 측면에 각각 2개의 제3포트(15, 16)가 구비되고, 상기 하우징의 내부에는 다수의 평행하게 배치되는 중공사 분리막과 상기 중공사 분리막의 양 말단이 유체 연결된 형태로 집속되어 고정되며 서로 이격되어 평행하게 배치되는 두 개의 튜브형 매니폴드를 포함하여 구성되는 중공사 모듈(20)이 구비되되, 상기 중공사 모듈의 튜브형 매니폴드의 양 말단이 상기 제3포트(15, 16)와 연통되도록 구성되는 블록형 막증류 모듈을 제공한다.
또한, 다수개로 적층되어 구성되는 블록형 막증류 모듈; 및 적층된 블록형 막증류 모듈 각각의 제1포트, 제2포트 및 제3포트를 집속하고 이와 연결되는 원수 유입관, 원수 배출관 및 처리수 배출관을 포함하는 스키드로 구성되는 적층 막증류 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명은 막 모듈 내 중공사 단일 모듈의 결합 및 해체할 수 있어 모듈 내부의 분리막 충진율을 조절할 수 있고 충진율 증가를 통하여 동일 유량의 원수의 공급으로부터 상대적으로 높은 투과 유량을 가질 수 있는 장점이 있다.
또한, 본원 발명에서는 분리막 외경 방향으로 원수를 이동시키는 아웃-인 흐름(Out-In Flow) 방식과 분리막 내경 방향으로 원수를 이동시키는 인-아웃 흐름(In-Out Flow) 방식 모두에 적용 가능한 장점이 있다.
또한, 본원 발명에서는 원수의 흐름 방향과 처리수 방향을 동일하게 할 수 있고 교차되게 할 수도 있는 장점이 있다.
또한, 본원 발명은 모듈 내부에 복수개의 단일 중공사막 모듈을 다수로 적층하여 모듈 내 분리막 충진율을 쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 운영 중 발생되는 웨팅(Wetting) 및 분리막 파단 등으로부터 손쉬운 수리 및 교체가 가능한 장점이 있다.
또한, 본원 발명은 기존의 일반적인 모듈의 형태인 원형에서 탈피하여 박스또는 블록 형태의 모듈을 제공함으로써 모듈 간 결합이 용이하고 그에 따라 모듈이 차지하는 공간(Foot Print)을 절감할 수 장점이 있다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈을 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 내부를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 평면도, 측면도 및 측면 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 적층 블록형 막증류 모듈 및 스키드를 포함하여 구성되는 적층 막증류 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 내부를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 평면도, 측면도 및 측면 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 적층 블록형 막증류 모듈 및 스키드를 포함하여 구성되는 적층 막증류 시스템을 나타낸 것이다.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 외부를 나타낸 것이고 도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 내부를 나타낸 것이다. 본원 발명은, 상면(17), 하면(18) 및 4개의 측면(19)을 가지는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 구비되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈에 있어서, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 인접한 두 측면에는 제1포트(11, 13)가 구비되고, 이에 대향하는 하우징의 인접한 두 측면에는 제2포트(12, 14)가 구비되며, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 서로 대향하는 두 측면에 각각 2개의 제3포트(15, 16)가 구비되고, 상기 하우징의 내부에는 다수의 평행하게 배치되는 중공사 분리막과 상기 중공사 분리막의 양 말단이 유체 연결된 형태로 집속되어 고정되며 서로 이격되어 평행하게 배치되는 두 개의 튜브형 매니폴드를 포함하여 구성되는 중공사 모듈(20)이 구비되되, 상기 중공사 모듈의 튜브형 매니폴드의 양 말단이 상기 제3포트(15, 16)와 연통되도록 구성되는 블록형 막증류 모듈을 제공한다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 블록형 막증류 모듈의 평면도, 측면도 및 측면 단면을 도시한 것이다. 본원 발명에 따른 블록형 막증류 모듈에 있어서, 상기 제1포트는 원수 유입부이고, 제2포트는 원수 배출부이며, 제3포트는 처리수 배출부인 아웃-인 흐름(Out-In flow) 방식으로 막증류가 가능하다. 즉, 분리막 외경으로 원수를 유입하는 아웃-인 흐름(Out-In Flow) 방식에서는 제1포트(11, 13)로 원수 유입부가 되고, 제2포트(12, 14)가 원수 배출부이며, 제3포트(15, 16)가 처리수 배출부가 될 수 있다.
또한, 분리막 내경으로 원수를 유입하는 인-아웃 흐름(In-Out Flow) 방식에서는 상기 제3포트가 원수 유입부이고, 제1포트와 제2포트가 처리수 배출부인 인-아웃 흐름(In-Out flow) 방식으로 막증류가 가능하다.
본원 발명에 따른 블록형 막증류 모듈(1)은 내부에 단일 모듈 형태의 중공사 분리막(20)을 구비되며, 모듈 하우징 내에 상기 분리막이 적층될 수 있는 공간이 형성되어 있고 복수개의 모듈을 적층 할 수 있다. 본원 발명의 일 구현예에 따르면, 복수개의 단일 중공사막 모듈을 1 내지 5개 적층할 수 있고, 바람직하게는 3 내지 4개를 모듈 내에 적층하여 구성할 수 있다.
또한, 본원 발명에 따른 블록형 막증류 모듈은 모듈 내부에 배플을 설치하여 원수(Feed Water)의 분배를 원활히 하여 MD 모듈에서 중요한 인자인 균일한 온도 분배가 가능하도록 할 수 있다.
본원 발명의 블록형 막증류 모듈에서 사용하는 단일 모듈 형태의 중공사 분리막은 평균기공 크기 0.1 내지 0.5 μm를 가지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리테트라플르오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)에서 선택되는 올레핀계 및 불소계 합성 고분자를 사용한다. 또한 상기 분리막을 포함한 단일 모듈 형태의 막면적은 1 내지 2 m2를 가지며 바람직하게는 1.2 내지 1.6 m2를 갖는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 블록형 막증류 모듈에서 상기 하우징은 클로리네이티드 폴리비닐 클로라이드(C-PVC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌(ABS 또는 내열 ABS), 폴리케톤(POK), 폴리에테르술폰(PES), 폴리프로필렌(PP), 폴리테트라플르오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 플라스틱 재질, 또는 가공 가능한 금속재질에서 선택되어 사용될 수 있다.
또한, 다수개로 적층되어 구성되는 블록형 막증류 모듈; 및 적층된 블록형 막증류 모듈 각각의 제1포트, 제2포트 및 제3포트를 집속하고 이와 연결되는 원수 유입관, 원수 배출관 및 처리수 배출관을 포함하는 스키드로 구성되는 적층 막증류 시스템(21)을 제공한다. 도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 적층 블록형 막증류 모듈 및 스키드를 포함하여 구성되는 적층 막증류 시스템을 나타낸 것으로 본원 발명은 블록형 막증류 모듈과 모듈간 결합이 용이하여 모듈을 적층할 수 있으며 동일 막면적 대비 원형의 모듈과 비교하여 모듈이 차지하는 공간(foot print)이 절감 될 수 있다.
본 발명은 공급측 내에 삽입물이 장착된 상기 분리막 모듈 장치를 직접 접촉 막 증류방식, 진공 막 증류방식에 적용하여 분리대상 물질이 투과측에서 응축 분리되도록 하는 고효율의 막 증류 분리공정을 제공하며 본 발명의 막 증류 분리공정은 염제거율이 99.9%이상이고 투과유량이 5 내지 50 L/m2·h인 고효율의 막 증류 분리 효율을 구현하였다.
1 : 블록형 막증류 모듈
11 : 제1포트(Out-In Type Feed In or Permeate Out)
12 : 제2포트(Out-In Type Feed Out or Permeate Out)
13 : 제1포트(Out-In Type Feed In or Permeate Out)
14: 제2포트(Out-In Type Feed Out or Permeate Out)
15 : 제3포트(In-Out Type Feed In or Permeate Out)
16 : 제3포트(In-Out Type Feed Out or Permeate Out)
17 : 상면
18 : 하면
19 : 측면
20 : 중공사 모듈
21 : 적층 막증류 시스템
11 : 제1포트(Out-In Type Feed In or Permeate Out)
12 : 제2포트(Out-In Type Feed Out or Permeate Out)
13 : 제1포트(Out-In Type Feed In or Permeate Out)
14: 제2포트(Out-In Type Feed Out or Permeate Out)
15 : 제3포트(In-Out Type Feed In or Permeate Out)
16 : 제3포트(In-Out Type Feed Out or Permeate Out)
17 : 상면
18 : 하면
19 : 측면
20 : 중공사 모듈
21 : 적층 막증류 시스템
Claims (7)
- 상면(17), 하면(18) 및 4개의 측면(19)을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부에 구비되는 중공사 모듈을 포함하는 블록형 막증류 모듈; 및 상기 블록형 막증류 모듈을 적어도 하나 이상 적층한 구조의 적층 막증류 시스템에 있어서,
상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 인접한 두 측면에는 제1포트(11, 13)가 구비되고, 이에 대향하는 하우징의 인접한 두 측면에는 제2포트(12, 14)가 구비되며, 상기 하우징의 4개의 측면 중에서 선택되는 서로 대향하는 두 측면에 각각 2개의 제3포트(15, 16)가 구비되되,
상기 제1포트(11, 13) 및 제2포트(12,14)는 해당 측면의 중앙에 형성되고, 상기 제3포트(15, 16)는 중앙에 설치된 제1포트(11) 및 제2포트(12)의 좌우에 소정의 간격을 두고 2개가 형성되며,
상기 하우징의 내부에는 다수의 평행하게 배치되는 중공사 분리막과 상기 중공사 분리막의 양 말단이 유체 연결된 형태로 집속되어 고정되며 서로 이격되어 평행하게 배치되는 두 개의 튜브형 매니폴드를 포함하여 구성되는 중공사 모듈(20)이 구비되되, 상기 중공사 모듈의 튜브형 매니폴드의 양 말단이 상기 제3포트(15, 16)와 연통되도록 구성되고,
상기 블록형 막증류 모듈 간의 적층에 있어서 각 모듈간의 제1포트, 제2포트 및 제3포트가 동일한 측면에 위치되도록 적층 및 집속되고 이에 연결되는 원수 유입관, 원수 배출관 및 처리수 배출관을 포함하는 스키드로 구성되며,
상기 제1포트는 원수 유입부이고, 제2포트는 원수 배출부이며, 제3포트는 처리수 배출부인 아웃-인 흐름(Out-In flow) 방식 또는 상기 제3포트가 원수 유입부이고, 제1포트와 제2포트가 처리수 배출부인 인-아웃 흐름(In-Out flow) 방식으로 막증류가 가능한 것을 특징으로 하는 블록형 막증류 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 중공사 분리막은 평균 기공 크기 0.1 내지 0.5 um의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 블록형 막증류 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 중공사 분리막은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리테트라플르오르에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 디플루오리드(PVDF)에서 선택되는 올레핀계 및 불소계 합성 고분자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 블록형 막증류 시스템. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160051414A KR101837554B1 (ko) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160051414A KR101837554B1 (ko) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템 |
Publications (2)
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| KR20170122453A KR20170122453A (ko) | 2017-11-06 |
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ID=60384307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160051414A KR101837554B1 (ko) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템 |
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| KR (1) | KR101837554B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
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| TWI815787B (zh) * | 2023-05-19 | 2023-09-11 | 上品綜合工業股份有限公司 | 可替換式薄膜蒸餾模組及其薄膜蒸餾膜板 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3811229B2 (ja) * | 1996-08-22 | 2006-08-16 | 三菱レイヨン株式会社 | 中空糸膜モジュール及びこれを用いた中空糸膜モジュールユニット |
-
2016
- 2016-04-27 KR KR1020160051414A patent/KR101837554B1/ko active IP Right Grant
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