KR100809177B1

KR100809177B1 - 스파이럴형 막 요소 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100809177B1
Application number: KR1020040077755A
Authority: KR
Inventors: 이시이가츠미
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2008-02-29
Also published as: US20050077229A1; CN1676203A; JP2005103516A; KR20050033012A

Abstract

원통형 권회체의 밀봉부의 밀봉 특성을 유지하면서, 분리 성능을 낮추지 않고 증대된 유효 막면적을 갖는 스파이럴형 막 요소와, 그 제조 방법이 개시되어 있다. 스파이럴형 막 요소는 분리막과 공급측 유로재와 투과측 유로재를 적층 상태로 천공 중심관 주변에 스파이럴형으로 감아 형성한 원통형 권회체와, 상기 공급측 유로재와 투과측 유로재의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부를 포함하며, 상기 원통형 권회체의 양 단부 각각에 형성된 상기 밀봉부는 접착제에 의해 대략 일정 폭으로 스파이럴형으로 형성되고, 단부면 전체에 형성된 절제부를 가지며, 상기 중심관의 길이에 대한 상기 원통형 권회체의 길이의 비율이 0.96 내지 1.00인 동시에, 전체 막면적에 대한 무효 막면적의 비율이 0.02 내지 0.10이다.

Description

스파이럴형 막 요소 및 그 제조 방법{SPIRAL MEMBRANE ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소의 제조 방법을 도시한 공정도,

도 2는 본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소의 제조 방법을 도시한 다른 공정도,

도 3은 본 발명에 따른 스파이럴 막 요소의 제조 방법을 도시한 또 다른 공정도,

도 4는 본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소의 전개도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

101 : 분리막 102 : 공급측 유로재

103 : 투과측 유로재 105 : 중심관

300 : 원통형 권회체(절제전) 302 : 밀봉부(양 단부)

303 : 밀봉부(외측 에지) 304 : 원통형 권회체(절제후)

본 발명은 분리막(separation membrane)과 공급측 유로재(feed-side passage material)와 투과측 유로재(permeation-side passage)가 적층 상태로 천공 중심관(perforated central tube)의 주변에 스파이럴형으로 감긴 원통형 권회체를 포함하는 동시에, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부를 포함하는 스파이럴형 막 요소에 관한 것이다.

역삼투, 한외(限外) 여과, 정밀 여과, 가스 투과, 탈기체 등에 사용되는 유체 분리막으로서, 예컨대, 중심관과, 공급측 유체를 분리막의 표면에 안내하는 공급측 유로재와, 분리막을 통해 투과함으로써 공급측 유체로부터 분리된 투과측 유체를 중심관에 안내하는 투과측 유로재를 포함하는 유닛으로서, 상기 중심관 둘레에 스파이럴형으로 감기고, 상기 분리막은 공급측 유체를 분리하는, 상기 유닛을 포함하는 스파이럴형 유체 분리막이 공지되어 있다.

이러한 스파이럴형 막 요소는 일반적으로, 접혀진 분리막의 2개의 반부 사이에 유지된 공급측 유로재와 투과측 유로재를 교호적으로 적층하는 단계와, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 접착제를 분리막의 에지(3변)에 도포함으로써 분리막 유닛을 제공하는 단계와, 중심관의 주변에 스파이럴형으로 하나 또는 그 이상의 유닛을 감아 원통형 권회체를 형성하는 단계와, 본체의 양 단부를 트리밍(단부면 수정 가공)하는 단계를 수행하여 제조된다. 이와 같이 제조된 스파이럴형 분리막은, 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재가 천공 중심관의 주변에 적층 상태로 스파이럴형으로 감기고, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부가 제공되는 구조체를 갖는다.

이러한 스파이럴형 분리막에 있어서, 공급측 유로재의 2가지 주요 기능은 ① 공급측 유로재를 확보하고, ② 공급측 유체를 교반하여 분리막 부근의 농도 분극(concentration polarization)을 방지하는 것이다. 후자인 ②의 기능이 나타날 경우, 압력 손실이 공급측 유로에 발생한다.

분리막 요소내의 공급측 유로에 발생하는 모든 압력 손실을 감소하기 위해, 공급측 유로재내의 매시(mesh)의 피치 또는 각도를 변경하거나, 또는 공급측 유로재의 두께를 증가시키는 방법이 공지되어 있다(예컨대 일본 특허 제 3,230,490 호 일본 특허 공개 공보 제 1999-235520 호 참조).

그러나, 일본 특허 제 3,230,490 호의 방법은, 분리막 근방에서 농도 분극을 방지하기 위해 공급측 유로재가 공급측 유체를 교반하기에 덜 효율적이어서, 스파이럴형 막 요소의 분리 성능을 저하시킨다. 일본 특허 공개 공보 제 1999-235520 호의 방법은, 스파이럴형 막 요소가 보다 소량의 분리막만으로 팩킹되게 하여 투과 성능을 저하시킨다.

한편, 지금까지는 중심관의 축방향 길이에 관해 가능한 한 긴 축방향 길이를 갖는 원통형 권회체를 제조하는 것이 통상적인데, 그 이유는 스파이럴형 막 요소가 막 모듈 용기(membrane module container)내에 위치되는 경우 이 막 요소의 원통형 권회체(막부)의 보다 긴 길이가 막면적을 증대하는데 이롭기 때문이다.

그러나, 원통형 권회체는 그 양 단부 쪽으로의 임의의 폭을 따라 스파이럴형으로 밀봉(예컨대, 접착)되고, 이러한 밀봉부 각각이 적어도 임의의 축방향 폭을 가지지 않는다면 신뢰성 있는 밀봉이 불가능하고, 원통형 권회체의 축방향 길이가 중심관의 길이에 근접할 수 있더라도 임의의 크기 이하의 비효율적인 막 표면을 유지하는 것이 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 원통형 권회체의 밀봉부의 밀봉 특성을 유지하면서, 분리 성능이 저하되지 않고, 유효 막면적을 증대시킬 수 있는 스파이럴형 막 요소를 스파이럴형 분리막 요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스파이럴형 막 요소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 요소의 양 단부를 밀봉하는 방법 및 구조체에 대한 광범위한 연구의 결과로서, 소형의 폭을 갖는 밀봉부를 초기에 형성하는 대신에, 그것을 형성한 후에 밀봉부의 일부를 절단 및 제거함으로써 양 단부의 밀봉 특성을 유지하면서 소형의 폭을 갖는 밀봉부를 형성하는 것이 가능함을 알게 되었다.

이에 따라, 본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소는 천공 중심관과, 적층 상태로 이 중심관의 주변에 스파이럴형으로 감긴 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재를 포함하는 원통형 권회체와, 공급측 유로재와 투과측 유로재의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부를 포함하며, 원통형 권회체의 양 단부 각각에 형성된 밀봉부는 접착제에 의해 대략 일정 폭으로 스파이럴형으로 형성되고, 그 단부면 전체에 형성된 절제부를 가지며, 중심관 길이에 대한 원통형 권회체의 길이의 비율이 0.96 내지 1.00인 동시에, 전체 막면적에 대한 무효 막면적의 비율이 0.02 내지 0.10이다.

본 발명의 스파이럴 막 요소는 밀봉 특성을 유지하면서, 폭이 감소된 밀봉부를 갖고, 보다 낮은 비율의 무효 막면적을 가지면서 원통형 권회체에 대한 적어도 임의의 길이를 유지하는데, 그 이유는 원통형 권회체의 양 단부에 형성된 밀봉부 각각은 절단된 외측 부재를 가져 단부면 전체에 절제부를 노출시키기 때문이다. 교반 작용을 낮추거나 또는 두께 증가에 의해 분리 성능을 낮추지 않고 증가된 유효 막면적을 갖는데, 그 이유는 공급측 유로재에 특히 어떠한 변경을 요구하지 않기 때문이다. 유효 막면적은 원통형 권회체의 양 단부에 있는 밀봉부와 같은 분리막에도 불구하고 어떠한 분리 성능도 나타내지 않는 임의의 그리고 모든 무효 부분의 총 막면적 이외의 전체 막면적이며, 접착제 밀봉부는 접착제를 분리막의 에지와, 분리막의 접힘부에 접착된 보호 테이프를 갖는 부분에 도포함으로써 형성된다.

또한, 밀봉부의 폭 감소는 스파이럴형 막 효소의 단위 유효 막면적당 압력 손실을 감소시키고, 제조 비용의 증가를 억제하게 하는데, 그 이유는 절제(trimming)에 의해 제거된 부분이 감소되므로 찌꺼기를 감소시키면서도 사용될 재료가 증가되지 않기 때문이다.

접착제는 요변성 유체(thixotropic fluid)인 것이 바람직하다. 접착제를 분리막의 에지에 도포한 후 중심관의 주변에 감길 때까지 작업 공정상 일정 시간 동안 방치할 수 있지만, 일반적인 접착제로는 자중에 의해 접착제가 퍼지고 밀봉부의 폭이 넓어진다. 이에 대해, 요변성 유체는 유체에 외력이 가해진 경우에 그 점도 가 저하하는 성질이 있고, 도포후 외력이 가해지지 않는 상태에 있으면, 도포시의 형태를 쉽게 유지하므로 제어된 폭을 갖는 밀봉부의 형성을 용이하게 한다.

양 단부의 밀봉부상에 접착식으로 접착된 분리막은 폐쇄된 다공층내에 공극을 갖는 것이 바람직하다. 분리막은 보통 다공층 구조체를 가지며, 막에 수직방향 및 수평방향의 양방향으로 유체를 흐르게 한다. 그러나, 유체가 분리막에 수직방향으로 흐를 경우에만 막이 분리 성능을 나타낸다. 따라서, 스파이럴형 막 요소내의 분리막에 수평방향 흐름을 억제할 필요가 있다. 그러나, 분리막의 에지에 도포된 접착제가 수평방향 흐름을 완전하게 억제하는 것이 때때로 불가능하고, 때때로 밀봉부 각각의 폭을 증대함으로써, 수평방향 흐름의 유로의 길이를 증가시키고 수평방향 흐름에 대한 보다 높은 저항이 발생하며, 그 결과 평행 방향으로의 흐름을 억제한다. 이러한 상황하에서, 상술한 바와 같이 분리막의 접착제 도포 부분의 다공층내의 공극을 폐쇄하는 것은 막에 평행한 유체 흐름을 억제하게 하여, 밀봉부의 폭을 감소시킨다.

본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소의 제조 방법은, 분리막과 공급측 유로재와 투과측 유로재를 적층 상태로 천공 중심관 주변에 스파이럴형으로 감아 원통형 권회체를 형성하는 단계와, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 원통형 권회체의 양 단부 부근에 접착제에 의해 대략 일정 폭의 밀봉부를 형성하고, 그 밀봉부의 폭의 20% 내지 60%을 잘라내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조 방법은, 양 단부에서 밀봉 특성을 유지하면서 분리 성능을 낮추지 않고, 각각의 밀봉부를 따라 작은 폭을 가지며, 넓은 유효 막면적을 갖는 스파이럴형 막 요소를 얻을 수 있게 한다.

본 발명에 관해서 도면을 참조하면서 상세하게 후술한다. 도 1a 내지 도 3은 본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소의 제조 방법을 단계적으로 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 스파이럴형 막 요소는, 도 1a 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 분리막(101), 공급측 유로재(102) 및 투과측 유로재(102)가 적층 상태로 천공 중심관(105)의 주변에 스파이럴형으로 감긴 원통형 권회체(304)를 구비하는 동시에, 공급측 유체와 투과측 유로재의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부(302, 303)를 포함한다.

원통형 권회체(304)의 양 단부에 형성된 밀봉부(302) 각각은 접착제에 의해 대략 일정 폭으로 스파이럴형으로 형성되고, 그 단부면 전체에 노출된 절제부를 갖는다. 또한, 원통형 권회체(304)의 최외각 에지를 따라 형성된 밀봉부(303)는 접착제에 의해 형성되거나, 또는 핫 멜트 접착제(hot-melt adhesive), 열융착형 접착 테이프(heat-fusible adhesive tape), 열융착성 시트(heat-weldable sheet) 등을 이용하여 형성될 수도 있지만, 단순화된 제조 공정을 위해 밀봉부(302)와 동일한 접착제에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 스파이럴형 막 요소는 전체 막면적에 대한 무효 막면적의 비율이 0.02 내지 0.10이다. 본 발명에 있어서의 유효 막면적은 분리 성능을 나타내는 스파이럴형 막 요소내의 분리막 부분의 면적이고, 무효 막면적은 분리 성능을 나타내지 않는 분리막 부분의 면적이며, 전체 막면적은 유효 및 무효 막면적을 모두 합하여 얻은 분리막의 면적이다.

전체 막면적에 대한 무효 막면적의 비율이 0.02 미만인 경우, 접착제를 분리막의 에지에 도포하여 형성된 밀봉부는 공급측 유체와 투과층 유체의 혼합을 방지하는 기능을 만족스럽게 수행하기에는 너무 작은 폭을 갖는다. 한편, 전체 막면적에 대한 무효 막면적의 비율이 0.01을 초과하는 경우, 무효 부분은 공급측 유로내에 보다 큰 압력 손실을 발생하여 스파이럴형 막 요소의 단위 유효 막면적당 압력 손실을 증가시킨다.

본 발명에 따르면, 중심관(105)의 길이에 대한 원통형 권회체(304)의 길이의 비율이 0.96 내지 1.00이다. 비율이 0.96 미만인 경우, 절단으로 보다 큰 양의 분리막(101)을 제거하는 것은 유효 막면적을 감소시켜, 단위 유효 막면적당 압력 손실을 증가시키고, 또한 절단하여 쓰레기로서 폐기되는 부재량이 증가한다. 이것은 환경에 악영향을 미친다. 한편, 비율이 1.00을 초과하는 경우, 중심관(105)은 스파이럴 막 요소의 단부면에 내장된 단부를 가져서 취급이 곤란하다.

상기의 원통형 권회체(304)는, 예컨대 도 1a 내지 도 2에 도시한 본 발명의 제조 방법에 의해 적절하게 제조될 수 있다. 도 1a는 분리막 유닛(U)의 평면도이고, 도 1b는 분리막 유닛(U)의 정면도이다.

본 발명에 따른 스파이럴형 분리막 요소의 제조 방법은, 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시한 바와 같이, 분리막(101)과 공급측 유로재(102)와 투과측 유로재(103)를 적층 상태로 천공 중심관(105)의 주변에 스파이럴형으로 감아서 원통형 권회체(300)를 형성하는 단계와, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부(302, 303)를 형성하는 단계를 포함한다.

우선, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 접혀진 분리막(101)의 2개의 반부 사이에 삽입된 공급측 유로재(102)와 투과측 유로재(103)를 서로 적층하고, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부(302, 303)를 형성하기 위해, 접착제(104, 106)를 투과측 유로재(103)의 축방향 에지 및 그 권선 단부 에지에 도포한 분리막 유닛(U)을 제조한다.

도 1b는 분리막(101)의 접힌 부분에 부착된 보호 테이프(107)를 도시하고 있지만, 보호 테이프(107)를 사용하지 않을 수도 있다. 접착제(104, 106)로 밀봉된 부분과 보호 테이프(107)가 부착되어 있어서 분리막(101)으로서의 기능을 나타낼 수 없는 부분이 무효 막면적이다.

본 발명의 실시예에서는 공급측 유로재(102)를 개재하도록 2개의 반부로 접힌 분리막(101)상에 투과측 유로재(103)를 적층하여, 접착제(104, 106)를 도포하도록 설명되어 있지만, 투과측 유로재(103)상에 2개의 반부로 접힌 분리막(101)을 적층하여 접착제(104, 106)를 도포하는 것도 가능하다. 또한, 2개의 반부로 접힌 분리막(101) 대신에, 다른 방향으로 접힌 연속막을 이용하거나, 또는 분리막(101)의 접힘부가 권회 종단측에 있도록 배치되는 것도 가능하다.

역삼투막, 한외 여과막, 정밀 여과막, 가스 분리막, 탈기체막 등이 분리막 (101)으로서 사용될 수 있다. 네트(net) 등의 물질이 공급측 유로재(102)로서 사용될 수 있다. 네트, 니트(knit) 등의 물질이 투과측 유로재로서 이용될 수 있다.

우레탄, 에폭시 또는 핫 멜트 접착제와 같은 임의의 공지된 접착제가 접착제(104, 106)로 이용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 접착제에 의해 형성된 밀봉부(303, 304)의 폭 제어를 용이하게 하기 위해 요변성 유체의 형태로 접착제를 사용하는 것이 효과적이다. 이러한 유형의 통상적인 접착제는 요변성 물질을 액체 접착제 조성물에 부가함으로써 제조되고, 예로서는 그에 부가된 정교한 입자의 실리카를 갖는 불포화 폴리에스터와 우레탄이 있다.

본 발명에 따르면, 분리막(101)의 접착제 도포 부분은 다공층 공극을 폐쇄하게 함으로써 수평방향의 흐름을 억제하고, 밀봉부(302, 303)의 폭을 좁힐 수 있다. 다공층 공극은, 예컨대 다공층을 접착제로 충전하고, 다공층을 가압하여 분쇄하거나, 또는 가열에 의해 용착함으로써 폐쇄시킬 수 있다.

분리막 유닛(U)을 하나 또는 그 이상의 층이 적층하고, 천공 중심관(105)의 주변에 스파이럴형으로 감은 후, 접착제(104, 106)를 가열 등에 의해 경화시킴으로써, 적어도 투과측 유로의 양 단부 근방에 밀봉된 원통형 권회체(300)를 얻는다. 또한, 본 발명에서는 투과측 유로의 권선 종단부나 중심관(105)의 주변부도 밀봉한다.

분리막 유닛(U)을 적층하는 층의 개수는 필요로 하는 투과 유량에 따라 다르고, 적어도 하나의 층이 충분하지만, 조작성을 고려하면 50층 정도가 상한으로 설정된다. 적층된 분리막 유닛(U)의 개수가 많아질수록, 각각의 분리막 유닛(U)이 감길 권회 개수가 적어질 것이다.

본 발명에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이, 원통형 권회체(300)의 양 단부 근방에 접착제에 의해 대략 일정 폭의 밀봉부(302)를 형성한 후, 각각의 밀봉부(302)의 폭의 20% 내지 60%, 바람직하게 30% 내지 50%를 잘라내거나 제거한다. 그 결과, 밀봉부(302)의 양 단부가 접착제에 의해 대략 일정 폭으로 스파이럴형으로 형성되고, 그 단부면 전체가 절제부를 이룬 원통형 권회체(304)가 형성된다. 본 발명에서는 중심관(105)과 대략 동일한 길이의 축방향 길이를 갖는 원통형 권회체(300)로부터 일정 폭의 절제부(301)가 제거되는 예를 나타낸다. 도 3에 있어서, A는 중심관의 길이이고, B는 절제후의 원통형 권회체(304)의 길이이다.

회전 블레이드 등을 구비한 절단 장치가 그 절단 장치에 대해 회전시키면서 전체 원주를 따라 원통형 권회체(300)를 절단하는데 이용되는 방법, 또는 고정식 블레이드가 회전하면서 원통형 권회체(300)를 절단하는데 이용하는 방법과 같은 중심관(105)을 가공하지 않으면서 각각의 절제부(301)를 절단 및 제거하는 방법에 의해 절제가 수행될 수 있다.

도 4는 절제후의 원통형 권회체를 전개한 상태를 도시하고 있다. 유효 분리막 부분(401)의 면적이 유효 막면적이고, 수지 밀봉부(402)와 테이프 접착부(403)의 총면적은 무효 막면적이며, 유효 분리막 부분(401)과 수지 밀봉부(402)와 테이프 접착부(403)의 총면적은 전체 막면적이다.

본 발명의 스파이럴형 막 요소는 필요에 따라서 원통형 권회체(304)의 표면상에 외장 부재를 더 포함할 수 있다. 외장 부재는 원통형 권회체(304)의 표면상 에 하나 또는 그 이상의 시트를 감을 수 있다. 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 유리 섬유 천 등이 외장 부재로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 스파이럴형 막 요소는 변형[예컨대, 텔레스코핑(telescoping)]을 방지하기 위한 다공 에지 부재, 밀봉재, 강화재 등을 필요에 따라서 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 후술한다.

① 상기 실시예는 원통형 권회체의 양 단부를 절제하는 예를 기술하고 있지만, 본 발명에서는 일단부만을 절제한 원통형 권회체를 배제하지 않는다. 또한, 본 실시예에서는 도면에서 양 단부에 동일한 폭을 갖는 절제부로서 도시하고 있지만, 절제부가 우측과 좌측 단부 사이의 상이한 폭을 갖는 것도 가능하다.

② 상기 실시예에서는, 중심관과 대략 동일한 길이의 축방향 길이를 갖는 원통형 권회체로부터 일정 폭의 절제부가 제거하는 것으로 기술되어 있지만, 중심관보다 큰 축방향 길이를 갖는 원통형 권회체를 형성하고, 중심관보다 작은 축방향 길이를 갖는 원통형 권회체를 형성한 후에, 밀봉부를 구비한 일정한 폭을 갖는 절제부를 제거하는 것도 가능하다.

③ 상기 실시예에서는 중심관을 남기면서 원통형 권회체로부터 일정 폭을 갖는 절제부를 제거하는 것으로 기술되어 있지만, 절제부와 동시에 중심관도 절단한 후, 다른 부재로 중심관을 연장하는 것도 가능하다.

본 발명은 이하의 예를 참조하여 보다 상세하게 기술되지만, 본 발명은 그에 한정되지 않음을 알아야 한다.

예 1

본 발명의 제조 방법에 따라서, 중심관의 길이: 1,016mm, 절제후의 원통형 권회체의 길이: 975mm, 접착제 밀봉부의 폭(절제측): 15mm, 접착제 밀봉부의 폭(분리막 종단부측): 25mm, 보호 테이브의 폭: 25mm, 분리막: NTR-759HR[니토 덴코 코포레이션(Nitto Denko Corporation) 제품], 분리막의 길이: 1,460mm, 분리막의 폭: 1016mm, 분리막 유닛의 개수: 26, 공급측 유로재의 두께: 0.72mm, 및 공급측 유로재의 네트의 교차 각도: 90°를 이용하는 스파이럴형 막 요소를 제조하였다. 접착제는 요변성 접착제[UR-3501, 에이치 비 풀러 제펜 컴퍼니 리미티드(H.B. Fuller Japan Co., Ltd) 제품]를 사용하였다. 접착제가 도포될 분리막의 부분은 가열로 용융함으로써 폐쇄된 다공층내에 공극을 가졌다.

이에 따라 얻어진 스파이럴형 막 요소를 202mm의 내경 및 1,280mm의 길이를 갖는 원통형 스테인리스강 용기내에 놓고, 20℃의 온도에서 100ℓ/분의 유량으로 공급된 물에 발생된 압력 손실을 검사하였다. 그 결과, 단위 유효 막면적당 압력 손실은 0.49kPa/m²였다.

비교예 1

예 1에서와 동일한 방식으로, 중심관의 길이: 1,016mm, 절제후의 원통형 권회체의 길이: 938mm, 접착제 밀봉부의 폭(절제측): 34mm, 접착제 밀봉부의 폭(분리막 종단부측): 50mm, 보호 테이브의 폭: 50mm, 분리막: NTR-759HR[니토 덴코 코포레이션(Nitto Denko Corporation) 제품], 분리막의 길이: 1,460mm, 분리막의 폭: 1016mm, 분리막 유닛의 개수: 26, 공급측 유로재의 두께: 0.72mm, 및 공급측 유로재의 네트의 교차 각도: 90°를 이용하는 스파이럴형 막 요소를 제조하였다.

이에 따라 제조된 요소를 이용하여, 유체 분리막의 압력 손실을 예 1에서와 동일한 측정 조건하에서 측정하였다. 그 결과, 단위 유효 막면적당 압력 손실은 0.54kPa/m²였다.

	예 1	비교예 1
무효 막면적/전체 막면적	0.08	0.17
절제후의 원통형 권회체의 길이/중심관의 길이	0.96	0.92
단위 유효 막면적당 압력 손실(kPa/m²)	0.49	0.54
절제후에 제거된 분리막의 폭(mm)	41	78

표 1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 예 1에 따른 요소는 비교예 1의 단위 유효 막면적당 압력 손실보다 약 10%가 낮음을 나타낸다. 분리막 유닛의 개수는 예 1과 비교예 1에서 동일하게 사용되고, 원료의 양은 변경 없이 사용된다. 절제에 의해 제거된 분리막의 폭은 41mm로, 비교예 1의 결과인 78mm의 거의 반이다.

비교예 2

접착제가 도포되는 분리막 부분이 폐쇄된 구멍을 가지지 않는 점을 제외하고는, 예 1에서와 동일한 방식으로 스파이럴형 막 요소를 제조하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 예 1과 동일한 결과가 얻어졌으나, 투과측 압력 유지 테스트의 결과는 예 1에서보다 양 단부에서의 밀봉부의 밀봉 특성이 낮은 것으로 나타났다.

비교예 3

15mm의 폭을 따라 각각의 단부에서 밀봉부에 접착제가 도포되는 점을 제외하고는, 예 1에서와 동일한 방식으로 스파이럴형 막 요소를 제조하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이 예 1과 동일한 결과가 얻어졌으나, 투과측 압력 유지 테스트의 결과는 예 1에서보다 양 단부에서의 밀봉부의 밀봉 특성이 낮은 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 발명에 대한 형태 및 세부 사항을 여러 가지로 변경할 수 있음이 당업자에게 명백하다. 이러한 변경은 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위내에 포함된다.

본 발명의 스파이럴형 막 요소에 따르면, 천공 중심관의 근방에서의 압력 손실을 저감시킬 수 있다.

Claims

분리막과 공급측 유로재와 투과측 유로재가 적층 상태로 천공 중심관의 주변에 스파이럴형으로 감긴 원통형 권회체와, 공급측 유체와 투과측 유체의 혼합을 방지하기 위한 밀봉부를 포함하는 스파이럴형 막 요소에 있어서,

상기 원통형 권회체의 양 단부에 각각 형성된 상기 밀봉부는 접착제에 의해 일정 폭으로 스파이럴형으로 형성되고, 단부면 전체에 형성된 절제부(a trimmed section)를 가지며, 상기 원통형 권회체는, 상기 중심관의 길이에 대한 상기 원통형 권회체의 길이의 비율이 0.96 내지 1.00이며, 전체 막면적에 대한 무효 막면적(an ineffective membrane surface area)의 비율이 0.02 내지 0.10인

스파이럴형 막 요소.
제 1 항에 있어서,

상기 접착제는 요변성 유체(a thixotropic fluid)를 포함하는

스파이럴형 막 요소.
제 1 항에 있어서,

상기 양 단부에서 상기 밀봉부상에 접착된 분리막은 그의 다공층의 공극을 밀폐하는

스파이럴형 막 요소.
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