CN110603088A - 具有三层结构的供给间隔件和包括其的反渗透膜过滤模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供给间隔件，更特别地涉及具有三层结构的供给间隔件，其中形成供给间隔件的组形成为三层结构，使得与反渗透膜接触的组将原水对流到供给间隔件的结构的中心并且在该中心处产生层流速度梯度以减少反渗透过滤模块的极化现象并使压力损失最小化；以及包括其的反渗透膜过滤模块。

Description

具有三层结构的供给间隔件和包括其的反渗透膜过滤模块

技术领域

本申请要求于2017年10月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0136495号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及供给间隔件(feed spacer)，更特别地涉及具有三层结构的供给间隔件，其中形成供给间隔件的组形成为三层结构，使得与反渗透膜接触的组将原水(rawwater)对流到供给间隔件的结构的中心并且在该中心处产生层流速度梯度以减少反渗透过滤模块的极化现象并使压力损失最小化；以及包括其的反渗透膜过滤模块。

背景技术

由于全球变暖加剧了水短缺，因此作为替代水资源保障技术的水净化技术正在引起关注。

因此，预期作为利用替代水资源(例如海水脱盐和水的再利用)的下一代供水业务的核心技术的使用反渗透膜的水处理工艺引领水工业市场。

渗透过反渗透膜的水变为纯水或无限接近纯水的水，并且被用于各种领域，例如医用灭菌水、人工透析用净化水或电子工业制造半导体用水。

在此，反渗透利用半透膜将具有浓度差的两种溶液分开，并且在在一定时间之后具有较低浓度的溶液移动至具有较高浓度的溶液时产生预定的水位差，这被称为渗透现象。此外，在该过程期间产生的水位差是指反渗透压。通过利用该原理仅使水分子穿过其半透膜并净化水的装置被称为反渗透设备，并且反渗透设备中包括的半透膜为反渗透过滤模块。

反渗透过滤模块包括中心管、供给间隔件、反渗透(RO)膜、经编针织物(tricot)过滤水路径等。

其中，供给间隔件用作引入原水的通道。在通过供给间隔件引入原水的情况下，当通过供给间隔件由于流动中断而产生压差时，这使得能量成本增加，使得当压差低时，反渗透过滤模块的效率增加。

同时，由于水渗透通量而在反渗透膜附近不可避免地产生浓差极化现象，并且随着浓差极化现象增强，在反渗透膜附近的渗透压增加，使得水渗透率降低。

与此相关，需要这样的供给间隔件，其能够通过减少压差产生来减轻浓差极化现象，从而提高反渗透过滤模块的效率。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决前述问题，并且本发明的一个目的是提供具有三层结构的供给间隔件，所述供给间隔件由与反渗透膜直接接触的层和不与反渗透膜直接接触的层形成，使得引起流体压力损失的线的厚度减小。

本发明的另一个目的是提供具有三层结构的供给间隔件，其中将原水对流到间隔件的结构的中心，使得仅在与反渗透膜直接接触的层中局部地产生湍流对流，并且在间隔件的结构的中心处产生层流速度梯度以减少极化现象。

技术方案

本发明的一个示例性实施方案提供了具有三层结构的供给间隔件，其包括：其中复数根线平行定位的第一组；与第一组交叉并且由复数根平行线形成的第二组；和平行于原水的方向定位并且由复数根平行线形成的第三组，其中第三组定位在第一组和第二组之间或者定位在第一组和第二组中的任一者的一侧处。

在示例性实施方案中，每英寸线数(strand per inch，SPI)可以为5至9。

在示例性实施方案中，第一组和第二组的交叉点之间的长度可以为3,800μm至12,000μm。

在示例性实施方案中，第一组与第二组之间的角度可以为50°至90°。

在示例性实施方案中，线的直径可以为167μm至300μm。

在示例性实施方案中，供给间隔件的厚度可以为500μm至900μm。

本发明的另一个示例性实施方案提供了反渗透过滤模块，其包括具有三层结构的供给间隔件。

在示例性实施方案中，反渗透过滤模块可以包括：管，所述管包括沿纵向方向接纳渗透液体的开口；和一个或更多个反渗透膜，所述一个或更多个反渗透膜从管沿向外方向延伸并且卷绕在管的周围，以及间隔件与一个或更多个反渗透膜接触并且卷绕在管的周围。

在示例性实施方案中，间隔件可以由第一组、第二组和第三组形成，第一组和第二组与一个或更多个反渗透膜接触，并且第三组不与一个或更多个反渗透膜接触。

有益效果

根据本发明，供给间隔件由与反渗透膜直接接触的层和不与反渗透膜接触的层形成，使得原水的湍流集中到间隔件的结构的中心，从而实现使压力损失最小化的效果。

此外，根据本发明，将原水对流到间隔件的结构的中心，使得仅在与反渗透膜直接接触的层中局部地产生湍流对流，并且在间隔件的结构的中心处产生层流速度梯度，从而实现减少极化现象的效果。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的反渗透过滤模块的透视图。

图2(a)是根据本发明的一个示例性实施方案的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图，图2(b)是根据本发明的示例性实施方案的反渗透过滤模块的截面图，其中反渗透膜定位在具有三层结构的供给间隔件的一侧和另一侧处。

图3是根据本发明的另一个示例性实施方案的具有三层结构的供给间隔件的截面图。

图4(a)是根据本发明的一个示例性实施方案的其中每英寸线数(SPI)为9的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图，图4(b)是根据本发明的一个示例性实施方案的其中SPI为7的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图。

具体实施方式

将参照附图详细地描述本发明。在本文中，将省略重复描述以及可能不必要地使本发明的要点不清楚的公知功能和配置的详细描述。提供本发明的示例性实施方案是为了向本领域技术人员更完整地说明本发明。因此，为了清楚地描述，可以放大附图中的元件的形状、尺寸等。

在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则当说一个部分“包含/包括”构成要素时，这意指还可以“包括/包含”另外的构成要素，而不排除另外的构成要素。

在下文中，呈现了示例性实施方案以帮助理解本发明。然而，简单地提供以下示例性实施方案是为了更容易地理解本发明，并且本发明的内容不受示例性实施方案的限制。

<供给间隔件>

图2(a)是根据本发明的一个示例性实施方案的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图，图2(b)是根据本发明的示例性实施方案的反渗透过滤模块的截面图，其中反渗透膜定位在具有三层结构的供给间隔件的一侧和另一侧处。图3是根据本发明的另一个示例性实施方案的具有三层结构的供给间隔件的截面图。图4(a)是根据本发明的一个示例性实施方案的其中每英寸线数(SPI)为9的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图，图4(b)是根据本发明的一个示例性实施方案的其中SPI为7的具有三层结构的供给间隔件的顶视平面图。根据本发明的供给间隔件可以包括其中复数根线平行定位的第一组10、第二组20和第三组30。

在第一组10中，一根或更多根(即，复数根)线可以是平行定位的，并且在此，线可以定位成与原水的方向倾斜。此外，第二组20可以定位成与第一组10交叉。此外，第二组20的倾斜方向与第一组10的倾斜方向相反，使得第一组10和第二组20可以设置成格子形状。

此外，第一组10可以相对于原水的流动方向以10°至80°的角度定位，第二组20可以相对于原水的流动方向以100°至170°的倾角定位。此外，第一组10与第二组20之间的角度可以为50°至90°。

例如，当第一组10的线相对于原水的流动方向倾斜60°时，第二组20的线可以定位成相对于原水的流动方向倾斜110°至150°。

即，当第一组10与第二组20之间的角度为50°，并且第一组10的线相对于原水的流动方向倾斜60°时，第二组20的线可以定位成相对于原水的流动方向倾斜110°。

在这种情况下，当第一组10与第二组20之间的角度小于50°时，与以下将描述的第三组30的间隙减小，使得由线形成的流动路径的截面面积减小，并且在供给间隔件的中心部分处不产生层流速度梯度，从而引起极化现象增加的问题，当第一组10与第二组20之间的角度大于90°时，与第三组30的间隙增加，使得流动路径的截面面积增加，并且原水主动地沿上下方向流动，从而引起压力损失增加的问题。在此，流动路径可以由形成各组的线形成，并且可以意指定位在供给间隔件的上部和下部的反渗透膜与各组之间的空间。

根据本发明的第三组30定位成平行于原水的流动方向，并且可以定位在第一组10与第二组20之间或者定位在三组中的最顶侧处。即，第三组可以定位在第一组10的一侧和第二组20的一侧中的任一位置处。更特别地，当根据组层合顺序，第二组20定位在第一组10的上部时，第三组30可以定位在第二组20的一侧处(即上部)。当根据组层合顺序，第一组10定位在第二组20的上部时，第三组30可以定位在第一组10的上部。

首先，参照图1(b)，当第三组30定位在第一组10的一侧和第二组20的另一侧处时，供给间隔件可以由与反渗透膜直接接触的组和不与反渗透膜接触的组形成。更特别地，供给间隔件具有这样的结构，其中第三组30不与反渗透膜直接接触，并且第一组10和第二组20与反渗透膜接触。

第一组10和第二组20与反渗透膜接触以用于支撑供给间隔件的结构，并且可以将反渗透膜之间的原水的界面流周期性地对流到供给间隔件的结构的中心。即，根据本发明的供给间隔件将原水的界面流对流到第三组30，使得第三组30产生界面流的层流速度梯度，以实现减少极化现象的效果。

此外，第三组30可以设置在第一组10和第二组20的交叉点处或者交叉点之间的1/5点至4/5点中的任一位置处。

根据本发明的供给间隔件可以通过熔融法制造。供给间隔件可以通过以下方法制造：在第一组10、第二组20和第三组30粘合的状态下挤出第一组10、第二组20和第三组30的方法；或者在第一组10和第三组30粘合的状态下挤出第一组10和第三组30或者在第二组20和第三组30粘合的状态下挤出第二组20和第三组30，然后层合和粘合第二组或第一组的方法。

接下来，参照图3，当第三组30定位在第二组20的一侧处时，定位在最顶侧处的第三组30平行于原水的流动方向以用于将流分成两半。因此，与反渗透膜直接接触的第一组10将原水的界面流对流到第二组20，并且第三组30将原水分成两半以将原水对流到第二组20，使得在反渗透膜的界面附近周期性地产生对流现象，从而使根据本发明的供给间隔件中的压力损失最小化。

形成根据本发明的第一组至第三组10、20和30的线之间的间隙可以为4mm至12mm。在此，当线之间的间隙小于4mm时，流的截面面积增加并且各层的线之间的间隙减小，使得存在产生的原水的湍流超过需求和压力损失增加的问题。此外，当线之间的间隙大于12mm时，线之间的间隙增加，并且产生其中不产生原水的垂直流的部分，使得存在不产生层流速度梯度的问题。

在根据本发明的第一组至第三组10、20和30中，形成各组的线的直径可以为167μm至300μm，因此供给间隔件的厚度可以为500μm至900μm。形成根据本发明的供给间隔件的线的直径可以设置为小于相关领域中形成供给间隔件的线的直径，当线的直径减小时，与供应至供给间隔件的流体接触的线的面积减小，使得可能存在流体由于摩擦引起的压力损失减小的效果。

当线的直径小于167μm并且供给间隔件的厚度小于500μm时，可能存在无法支撑供给间隔件的结构的问题。此外，当线的直径大于300μm并且供给间隔件的厚度大于900μm时，与供应的原水接触的线的面积增加，使得可能存在阻力增加和供给间隔件的压力损失增加的问题。

此外，与相关领域中形成供给间隔件的线的直径相比，根据本发明的线的直径减小，使得可以确保其中原水可以流动的通道的空隙率(Void Fraction)和有效的反渗透膜面积，从而实现改善压差和改善产出水的特性的效果。

在根据本发明的供给间隔件中，SPI可以为5至9。即，通过第一组10和第二组20交叉形成的交叉点之间的长度L可以为3,800μm至12,000μm。在此，SPI可以意指对应于每英寸流动路径的一侧的线的数量。即，SPI可以意指通过第一组10、第二组20和第三组30交叉形成的交叉点之间的线的数量。

当SPI小于5并且交叉点之间的长度大于12,000μm时，流动路径的截面面积减小，并且在供给间隔件的中心部分处不产生层流速度梯度，使得可能存在极化现象增加的问题，当SPI大于9并且交叉点之间的长度小于3,800μm时，流动路径的截面面积增加，并且原水主动地沿上下方向流动，使得可能存在压力损失增加的问题。

<反渗透过滤模块>

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的反渗透过滤模块的透视图。反渗透过滤模块是膜分离装置的构成元件，其用于通过利用反渗透压原理来净化实际供应的水。反渗透过滤模块可以包括反渗透膜200、供给间隔件100、经编针织物过滤水路径300、和包括沿纵向方向接纳渗透液体的开口的管400。此外，反渗透过滤模块还可以包括一对伸缩防止装置(未示出)，但是将省略对伸缩防止装置的详细描述。

一个或更多个反渗透膜200通过利用渗透作用过滤水中包含的杂质，并用作允许净化水有效流动的流动路径。一个或更多个反渗透膜从管向外延伸并卷绕在管的周围。

作为供给间隔件100，可以设置根据本发明的供给间隔件100。更特别地，供给间隔件100可以设置为三层结构，在此，三层是指其中形成供给间隔件100的三种线层合的结构，并且可以意指其中复数根线平行定位以形成一个层组并且将三组层合的形式。

供给间隔件100设置为三层结构，使得与反渗透膜200接触的组和不与反渗透膜200接触的组分开。在示例性实施方案中，第一组和第二组可以与一个或更多个反渗透膜200接触，并且第三组可以不与一个或更多个反渗透膜200接触。与反渗透膜200接触的组可以将供应至反渗透过滤模块的原水的流动方向对流到供给间隔件100的中心，即不与反渗透膜200接触的组。因此，在其中定位有不与反渗透膜200接触的组的部分中产生层流速度梯度，并且仅在其中定位有与反渗透膜200接触的组的部分中局部地产生湍流，使得供给间隔件100的极化现象减少并且压力损失减小，从而更加改善反渗透过滤模块的效率。

供给间隔件100形成原水通过其从外部引入的通道，并用于保持一个反渗透膜200与另一个反渗透膜200之间的间隙。为此，供给间隔件100在上侧和下侧处与一个或更多个反渗透膜200接触，并且与一个或更多个反渗透膜200类似地卷绕在管的周围。

在此，供给间隔件100的材料没有具体限制，但可以包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯和聚丙烯中的任一者。

经编针织物过滤水路径300具有一般织物形式的结构，并且用作形成通过反渗透膜200净化的水可以通过其流出的空间的流动路径。

此时，经编针织物过滤水路径300具有一般织物形式的结构，并且用作通过反渗透膜10净化的水可以通过其流出的空间的流动路径。

管400定位在反渗透过滤模块的中心处，并且用作过滤水引入和排出的通道。

为此，可以在管400的外侧处形成具有预定尺寸的空隙(或开口)，以便引入过滤水。在这种情况下，优选地，形成的空隙的数量可以为一个或更多个，以便更有效地引入过滤水。

<比较例>

相关领域中的供给间隔件具有两层结构并且仅包括第一组和第二组。比较例1是具有两层结构的供给间隔件，其中SPI为9，交叉点之间的长度为3,889μm，流动路径的流动方向与第一组和第二组之间的角度为90°，比较例2是具有两层结构的供给间隔件，其中SPI为7，交叉点之间的长度为5,000μm，流动路径的流动方向与第一组和第二组之间的角度为90°。

<实施例>

实施例1至4是根据本发明的具有三层结构的供给间隔件，在实施例1至3中，第三组定位在第一组与第二组之间的中间部分处。实施例1至3是具有三层结构的供给间隔件，其中流动路径的流动方向与第一组和第二组之间的角度分别为50°、55°和90°，SPI分别为9、7和5。实施例4具有这样的结构，其中第三组定位在供给间隔件的最顶侧处。实施例4是这样的供给间隔件，其中SPI为9，流动路径的流动方向与第一组和第二组之间的角度为90°。

[表1]

与比较例1相比，实施例1的供给间隔件的每单位长度的压差(Pa/μm)为0.02051，低于比较例1的0.0456，使得与比较例1相比，供给间隔件的总压力减小55％。即，可以看出，与两层结构相比，在三层结构中，原水与供给间隔件之间产生的压力减小。

此外，可以看出，当SPI相同并且流动方向角度减小时，每单位长度的压差减小并且整个供给间隔件中的压差减小增加。

在上文中，已经参照本发明的示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离在所附权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下，可以在该范围内对本发明做出各种修正和改变。

Claims (9)

1.一种具有三层结构的供给间隔件，包括：

其中复数根线平行定位的第一组；

与所述第一组交叉并且由复数根平行线形成的第二组；和

平行于原水的方向定位并且由复数根平行线形成的第三组，

其中所述第三组定位在所述第一组和所述第二组之间或者定位在所述第一组和所述第二组中的任一者的一侧处。

2.根据权利要求1所述的供给间隔件，其中每英寸线数(SPI)为5至9。

3.根据权利要求1所述的供给间隔件，其中所述第一组和所述第二组的交叉点之间的长度为3,800μm至12,000μm。

4.根据权利要求1所述的供给间隔件，其中所述第一组与所述第二组之间的角度为50°至90°。

5.根据权利要求1所述的供给间隔件，其中所述线的直径为167μm至300μm。

6.根据权利要求1所述的供给间隔件，其中所述供给间隔件的厚度为500μm至900μm。

7.一种反渗透过滤模块，包括根据权利要求1至6中任一项所述的具有三层结构的供给间隔件。

8.根据权利要求7所述的反渗透过滤模块，其中

所述反渗透过滤模块包括：

管，所述管包括沿纵向方向接纳渗透液体的开口；和

一个或更多个反渗透膜，所述一个或更多个反渗透膜从所述管沿向外方向延伸并且卷绕在所述管的周围，以及

所述间隔件与所述一个或更多个反渗透膜接触并且卷绕在所述管的周围。

9.根据权利要求8所述的反渗透过滤模块，其中所述间隔件由第一组、第二组和第三组形成，以及所述第一组和所述第二组与所述一个或更多个反渗透膜接触，并且所述第三组不与所述一个或更多个反渗透膜接触。