KR102624854B1 - 중공사막 포팅용 지그 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법 - Google Patents

중공사막 포팅용 지그 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법 Download PDF

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Abstract

1차 포팅액 배출구, 컬럼 형태의 1개 이상의 2차 포팅액 배출구, 및 1개 이상의 2차 포팅액 유로를 포함한 내부 지그; 및 상기 내부 지그와 결합되고, 상기 1차 포팅액 배출구와 연통되는 1차 포팅액 주입구, 및 상기 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로와 연통되는 2차 포팅액 주입구를 포함한 외부 지그; 를 포함하는 중공사막 포팅용 지그, 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법이 개시된다.

Description

중공사막 포팅용 지그 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법{HOLLOW FIBER MEMBRANE POTTING JIG AND METHOD FOR POTTING HOLLOW FIBER MEMBRANE USING THE SAME}
중공사막 포팅용 지그, 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 포팅용 지그를 2중으로 설계하여 보다 간단하고 효과적으로 중공사막을 포팅할 수 있는 중공사막 포팅용 지그, 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에너지 절감, 공간 절약, 전력 절약 및 수질 개선과 같은 요구가 증가됨에 따라, 분리막에 의해 물을 여과시키는 막 여과 방법이 개발되어 왔으며, 현재 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.
분리막 기술은 막의 기공크기, 기공분포 및 막 표면 전하에 따라 처리수 중에 존재하는 처리 대상물질을 거의 완벽하게 분리 제거하기 위한 고도의 분리기술로서, 수처리 분야에 있어서는 양질의 음용수 및 공업용수의 생산, 하/폐수 처리 및 재이용, 무방류 시스템 개발과 관련된 청정생산공정 등 그 응용범위가 확대되고 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 외압식, 내압식, 침지형 등이 있다. 이 중 외압식 또는 내압식 중공사막 모듈은 원통케이스에 중공사막을 삽입하고 양쪽 끝단 또는 한쪽 끝단을 수지로 밀봉하는 과정을 거치는데 이러한 과정을 포팅이라고 하며 이를 커팅하여 유로를 형성시켜 중공사막 모듈을 제조한다.
일반적으로 중공사막 모듈을 제조하기 위해서는 모듈에 필요한 수량만큼의 중공사막 다발을 준비하여, 먼저 외부에서 중공사막의 끝 부위를 막아주는 공정이 필요하다. 이러한 과정이 없으면 포팅 과정에서 접착제로 사용되는 포팅액이 중공사막 끝으로부터 내부로 침투하여 포팅 부위를 절단하여 완제품이 되었을 때 유로가 형성되지 않기 때문이다. 이후, 중공사막 끝부분을 막은 중공사막 다발을 모듈케이스에 투입하고 적절한 포팅캡을 이용하여 고정하고 포팅액을 주입하여 중공사막과 케이스를 접착, 고정하는 포팅 공정을 거치며 이후 일정시간 유지한 후 포팅캡을 제거하고 포팅 부분의 불필요한 부분을 절단기로 절단, 제거하여 유로를 형성시킴과 동시에 중공사막 모듈이 완성된다.
종래에는 녹인 왁스 등에 중공사막 끝단을 침지하거나 물과 섞은 석고 등을 중공사막 끝단에 발라 막은 후 포팅하고 절단하는 방법을 사용하였는데, 이러한 경우 왁스, 석고 등이 막 안쪽으로 고르게 충진되도록 하기 위해 중공사막 끝단을 손수 정렬해야 하고, 중공사막 외벽에 과량으로 남은 왁스, 석고 등을 제거해야 하는 등 수작업이 많이 필요했다.
이와 유사하게 분말 등을 중공사막 끝단에 충진한 다음 열 등을 가하여 녹여 막은 후 포팅하고 절단하는 방법이 있으나, 중공사막의 정렬, 수작업 등의 단점이 그대로 존재하였다.
수작업을 줄이는 방법으로서 중공사막을 정렬한 뒤 1차 포팅을 통해 중공사막 끝단을 막은 후, 다른 주입구로 2차 포팅액을 주입하여 중공사막을 하우징에 고정하는 방법이 있으나, 단일 지그를 사용하기 때문에 1차 포팅의 성공 여부를 확인할 방법이 없고, 2차 포팅액을 고르게 주입하는 것이 어려웠다.
본 발명의 목적은 보다 간단하고 효과적으로 중공사막을 포팅할 수 있는 중공사막 포팅용 지그를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 포팅 지그를 이용한 중공사막 포팅 방법을 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면 중공사막 포팅용 지그가 개시된다. 상기 지그는 1차 포팅액 배출구, 컬럼 형태의 1개 이상의 2차 포팅액 배출구, 및 1개 이상의 2차 포팅액 유로를 포함한 내부 지그; 및 상기 내부 지그와 결합되고, 상기 1차 포팅액 배출구와 연통되는 1차 포팅액 주입구, 및 상기 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로와 연통되는 2차 포팅액 주입구를 포함한 외부 지그; 를 포함할 수 있다.
2. 상기 1에서, 상기 2차 포팅액 배출구의 컬럼 높이는 내부 지그의 외벽 높이보다 높을 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, 상기 외부 지그는 하우징 결착 수단을 더 구비할 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 1차 포팅액 배출구 상에 디퓨저를 더 구비할 수 있다.
5. 다른 측면에 따르면, 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 중공사막 포팅용 지그를 이용한 중공사막 포팅 방법이 개시된다. 상기 방법은, 중공사막 다발이 투입된 하우징에 포팅용 지그를 장착하고; 1차 포팅액을 1차 포팅액 주입구로 주입하여 1차 포팅액 배출구를 통해 내부 지그로 배출하고 경화하여 중공사막 다발의 끝단을 폐쇄하고; 그리고 2차 포팅액을 2차 포팅액 주입구로 주입하여 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로를 통해 포팅용 지그와 하우징으로 배출하고 경화하여 중공사막 다발을 하우징에 고정하는; 단계를 포함할 수 있다.
6. 상기 5에서, 상기 경화된 1차 포팅액과 2차 포팅액 사이를 절단하여 중공사막 다발의 단부를 개방하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 포팅용 지그를 2중으로 설계하여 보다 간단하고 효과적으로 중공사막을 포팅할 수 있는 중공사막 포팅용 지그, 및 이를 이용한 중공사막 포팅 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 중공사막 포팅 장치의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
일 측면에 따르면, 중공사막 포팅용 지그가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅용 지그의 개략도이고, 도 2는 도 1의 분해도이다.
도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅용 지그(100)는 1차 포팅액 배출구(11), 컬럼 형태의 1개 이상의 2차 포팅액 배출구(12), 및 1개 이상의 2차 포팅액 유로(13)를 포함한 내부 지그(10); 및 내부 지그(10)와 결합되고, 1차 포팅액 배출구(11)와 연통되는 1차 포팅액 주입구(21), 및 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)와 연통되는 2차 포팅액 주입구(22)를 포함한 외부 지그(20);를 포함할 수 있다.
1차 포팅액 배출구(11)는 1차 포팅액을 내부 지그(10)로 배출하는 역할을 할 수 있다. 이때, 1차 포팅액 배출구(11)의 형상, 개수 등은 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 1차 포팅액 배출구(11) 상에는 디퓨저(30)가 추가로 구비될 수 있다. 이러한 경우, 1차 포팅액 배출구(11)를 통해 배출된 1차 포팅액은 디퓨저(30)를 거쳐 내부 지그(10)로 배출될 수 있다. 디퓨저(30)를 통해 1차 포팅액을 배출하는 경우, 1차 포팅액의 흐름이 감소되고, 1차 포팅액이 중공사막들 사이로 균일하게 배출될 수 있다.
2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)는 각각 1개 이상(예를 들면, 복수개) 존재할 수 있으며, 2차 포팅액을 지그(100) 및 하우징으로 고르게 분배하여 배출하는 역할을 할 수 있다. 특히, 2차 포팅액 배출구(12)는 컬럼 형태를 갖기 때문에, 중공사막들이 컬럼 사이에 고르게 정렬될 수 있고, 그 결과 막이 한쪽으로 쏠리는 현상을 방지할 수 있다. 한편, 2차 포팅액 유로(13)는 그 형태가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 슬릿 형태, 홀 형태 등을 가질 수 있다.
도 1에는 6개의 2차 포팅액 배출구(12)가 정육각형 형태로 배치된 것으로 도시되어 있으나, 2차 포팅액 배출구(12)의 개수나 배치 형태가 특별히 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 중공사막의 고른 정렬, 2차 포팅액의 균일 분배 배출 등을 고려하여, 2차 포팅액 배출구(12)는 정다각형, 대칭형 또는 원형의 형태로 배치될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 2차 포팅액 배출구(12)의 컬럼 높이는 내부 지그(10)의 외벽 높이보다 높을 수 있다. 1차 포팅액의 배출 최대 높이는 컬럼 높이보다 낮아야 하는데, 컬럼 높이가 내부 지그(10)의 외벽 높이보다 높은 경우 1차 포팅액의 배출 최대 높이는 내부 지그(10)의 외벽 높이가 되고, 따라서 보다 쉽게 1차 포팅액의 배출 높이 제어가 가능할 수 있다.
1차 포팅액 주입구(21)는 1차 포팅액 배출구(11)와 연통되며, 따라서 외부로부터 1차 포팅액 주입구(21)를 통해 주입된 1차 포팅액은 1차 포팅액 배출구(11)를 통해 내부 지그(10)로 배출될 수 있다. 1차 포팅액 주입구(21)와 1차 포팅액 배출구(11)는 서로 결합되어 단일 유로를 형성할 수 있으며, 이로써 1차 포팅액은 내부 지그(10)에만 배출될 수 있다.
2차 포팅액 주입구(22)는 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)와 연통되며, 따라서 외부로부터 2차 포팅액 주입구(22)를 통해 주입된 2차 포팅액은 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)를 통해 지그(100) 및 하우징으로 배출될 수 있다. 컬럼 형태의 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)를 통해 2차 포팅액이 분산되어 배출되기 때문에, 2차 포팅액이 고르게 분배되어 배출될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 내부 지그(10)는 투명 또는 반투명할 수 있다. 이러한 경우, 1차 포팅 후 외부 지그(20)를 제거하여 1차 포팅 이상 유무 판단 및 조치가 용이할 뿐 아니라, 포팅액 사용량을 감소시킬 수 있다. 여기서, '투명 또는 반투명하다'는 것은 대상물이 15 내지 100%의 가시광선 투과율을 갖는 것을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 구현예에 의하면, 내부 지그(10) 및 외부 지그(20)는 둘 다 투명 또는 반투명할 수 있다. 이러한 경우, 1차 포팅 후 외부 지그(20)의 제거 없이도 1차 포팅 이상 유무 판단 및 조치가 용이할 수 있다.
일 구현예에 의하면, 외부 지그(20)에는 하우징을 용이하게 탈/부착할 있는 결착 수단이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 하우징이 외부 지그(20)와 결합 가능한 돌출부를 포함하는 경우, 외부 지그(20)는 상기 돌출부와 결합 가능한 홈(23)을 더 구비할 수 있으나, 결착 수단이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅용 지그(100)는 2중 구조를 갖고, 1차 포팅 시에는 내부 지그(10)에만 포팅액이 주입되어 중공사막 끝단을 막고, 2차 포팅 시에는 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)를 통하여 포팅액이 균일하게 지그(100) 및 하우징으로 유입됨으로써 간단하고 효과적으로 중공사막을 포팅할 수 있다. 또한, 2차 포팅액 배출구(12)가 컬럼 형태를 가짐으로써 중공사막이 고르게 정렬될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상술한 중공사막 포팅용 지그를 이용한 중공사막 포팅 방법이 제공된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 포팅 방법은 중공사막 다발이 투입된 하우징에 포팅용 지그를 장착하고; 1차 포팅액을 1차 포팅액 주입구로 주입하여 1차 포팅액 배출구를 통해 내부 지그로 배출하고 경화하여 중공사막 다발의 끝단을 폐쇄하고; 그리고 2차 포팅액을 2차 포팅액 주입구로 주입하여 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로를 통해 포팅용 지그와 하우징으로 배출하고 경화하여 중공사막 다발을 하우징에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 지그를 이용한 중공사막 포팅 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3(a)는 포팅 준비 단계를 도시한 것으로, 하우징(200)과 지그(100)가 장착되어 있고, 그 안에 중공사막(300) 다발이 투입되어 있을 수 있다. 중공사막(300) 다발은 컬럼 형태의 2차 포팅액 배출구(12)에 의해 막이 한쪽으로 치우치지 않고 고르게 정렬되어 있을 수 있다.
일 구현예에 의하면, 중공사막(300) 다발의 단면적은 하우징(200) 내부 단면적을 기준으로 30 내지 60%를 차지할 수 있다. 이러한 경우, 포팅 시 2차 포팅액 배출구(12)에 의한 쏠림 현상 방지 효과가 보다 우수할 수 있다. 예를 들면, 하우징의 중앙부에서 중공사막(300) 다발의 단면적은 하우징(200) 내부 단면적을 기준으로 30 내지 60%(예를 들면, 40 내지 50%)를 차지할 수 있다. 다른 예를 들면, 하우징의 양 끝단에서 중공사막(300) 다발의 단면적은 하우징(200) 내부 단면적을 기준으로 30 내지 60%(예를 들면, 45 내지 55%)를 차지할 수 있다.
도 3(b)는 1차 포팅액을 주입하는 단계를 도시한 것이다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 외부로부터 1차 포팅액 주입구(21)를 통해 1차 포팅액이 주입되면, 1차 포팅액 주입구(21)와 연통된 1차 포팅액 배출구(11)를 통해 1차 포팅액이 내부 지그(10)로 배출될 수 있다. 도 3(b)에서는 디퓨저(30)가 더 포함되어 있는 것으로 도시되었으나, 디퓨저(30)가 반드시 사용될 필요는 없다.
이후, 1차 포팅액은 경화되고, 이로써 중공사막(300) 다발의 끝단은 폐쇄될 수 있다. 경화 방법은 사용되는 포팅액 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 포팅액은 중공사막 포팅 분야에서 통상 사용되는 포팅액이 제한없이 사용될 수 있다.
도 3(c)는 2차 포팅액을 주입하는 단계를 도시한 것이다. 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 외부로부터 2차 포팅액 주입구(22)를 통해 2차 포팅액이 주입되면 2차 포팅액 주입구(22)와 연통된 2차 포팅액 배출구(12) 및 2차 포팅액 유로(13)를 통해 2차 포팅액이 포팅용 지그(100) 및 하우징(200)으로 배출될 수 있다. 이로써, 2차 포팅액은 고르게 분배되어 배출될 수 있다.
이후, 2차 포팅액은 경화되고, 이로써 중공사막(300) 다발이 하우징(200)에 고정될 수 있다.
도 3(d)는 1차 포팅 및 2차 포팅이 완료된 상태를 도시한 것이다.
도 3에 도시되지는 않았으나, 이후 경화된 1차 포팅액과 2차 포팅액 사이를 절단하여 중공사막(300) 다발의 단부를 개방할 수 있다. 이로써, 중공사막(300)에 유로가 형성될 수 있다.
상술한 포팅용 지그(100)를 사용하여 중공사막(300)을 포팅하는 경우, 간단하고 효과적으로 중공사막(300)을 포팅할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상술한 중공사막 포팅용 지그를 이용하여 포팅된 중공사막 다발을 포함하는 중공사막 모듈이 제공된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 중공사막 모듈은 포팅액으로 고정된 중공사막 다발의 일 말단부에 1개 이상(예를 들면, 복수개)의 저밀도 중공사막 영역이 구비된 중공사막 다발을 포함할 수 있다. 여기서, '저밀도 중공사막 영역'이란 중공사막 다발의 일 말단부 단면의 평균 중공사막 밀도보다 밀도가 낮은 중공사막 영역을 의미할 수 있다. 본 발명은 컬럼 형태의 2차 포팅액 배출구를 포함한 포팅 지그를 사용하여 포팅을 수행함으로써, 저밀도 중공사막 영역이 존재할 수 있으며, 이러한 경우 저밀도 중공사막 영역으로 인해 상대적으로 중공사막의 밀도가 높은 영역을 감소시켜 전체 중공사막을 균일하게 배열시킬 수 있어, 균일한 수류 흐름을 확보해 막 오염의 편차를 최소화하고 공기에 의한 세정 효과를 높이는 등의 효과가 있을 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

1차 포팅액 배출구, 컬럼 형태의 1개 이상의 2차 포팅액 배출구, 및 1개 이상의 2차 포팅액 유로를 포함한 내부 지그; 및
상기 내부 지그와 결합되고, 상기 1차 포팅액 배출구와 연통되는 1차 포팅액 주입구, 및 상기 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로와 연통되는 2차 포팅액 주입구를 포함한 외부 지그; 를 포함하는 중공사막 포팅용 지그.
제1항에 있어서,
상기 2차 포팅액 배출구의 컬럼 높이가 내부 지그의 외벽 높이보다 높은 것인 중공사막 포팅용 지그.
제1항에 있어서,
상기 외부 지그는 하우징 결착 수단을 더 구비한 것인 중공사막 포팅용 지그.
제1항에 있어서,
상기 1차 포팅액 배출구 상에 디퓨저를 더 구비한 중공사막 포팅용 지그.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 중공사막 포팅용 지그를 이용한 중공사막 포팅 방법이며, 상기 방법은
중공사막 다발이 투입된 하우징에 포팅용 지그를 장착하고;
1차 포팅액을 1차 포팅액 주입구로 주입하여 1차 포팅액 배출구를 통해 내부 지그로 배출하고 경화하여 중공사막 다발의 끝단을 폐쇄하고; 그리고
2차 포팅액을 2차 포팅액 주입구로 주입하여 2차 포팅액 배출구 및 2차 포팅액 유로를 통해 포팅용 지그와 하우징으로 배출하고 경화하여 중공사막 다발을 하우징에 고정하는;
단계를 포함하는 중공사막 포팅 방법.
제5항에 있어서,
상기 경화된 1차 포팅액과 2차 포팅액 사이를 절단하여 중공사막 다발의 단부를 개방하는 단계를 더 포함하는 중공사막 포팅 방법.
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