KR101107530B1 - 스파이럴형 분리막 엘리먼트 - Google Patents

스파이럴형 분리막 엘리먼트 Download PDF

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KR101107530B1
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사토루 이시하라
미츠아키 히로카와
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

공급측 유로의 압력 손실을 저감할 수 있고, 나아가 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색의 문제가 보다 발생하기 어려운 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재의 단수 또는 복수가, 유공의 중공상 중심관의 주위에 감겨있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 있어서, 상기 공급측 유로재는 융착법 성형으로 얻어진 네트인 것을 특징으로 한다.

Description

스파이럴형 분리막 엘리먼트{SPIRAL TYPE SEPARATION MEMBRANE ELEMENT}
본 발명은, 액체 중에 용존되어 있는 성분을 분리하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 관한 것으로, 상세하게는, 공급측의 압력 손실을 종래보다 작게 할 수 있고, 또한, 막면 상에서의 농도 분극(濃度 分極)을 억제하기 위해서 필요한 교반 효과를 가진 구조를 갖는 급측 유로재를 내장한 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 관한 것이다.
종래부터 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 구조로는, 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재의 단수 또는 복수가, 유공 (有孔) 의 중공상 중심관의 주위에 감겨있는 것이 알려져 있다. 또한, 역침투막인 경우의 공급측 유로재에는, 마름모형 네트상 유로재가 사용되고, 이에 의해 압력 손실을 저감할 수 있다는 보고가 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 ～ 3 참조). 구체적으로는, 도 11 에 나타내는 바와 같은 구성예를 들 수 있다.
한편, 공급측 유로의 압력 손실을 작게 할 목적으로, 공급액의 흐름 방향과 평행한 날실과 그 날실을 잇는 씨실로 이루어지는 래더형 네트상 유로재가 채용되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 4 참조). 이 발명은, 날실과 씨실의 굵기의 관계나 날실 간격과 씨실 간격의 관계에 착안한 것이 아니고, 날실과 씨실의 굵기에 관해서는 아무것도 언급되어 있지 않다.
그러나, 공급측 유로에 있어서, 공급수가 흐르는 것으로 인한 저항으로서 공급측 유로재에 의한 것이 크게 지배하고, 또한 공급수의 수질에 따라서는 공급수의 성상, 공급수에 함유되는 성분에 의해 저항 증대로 연결된다.
종래의 네트는, 래더형의 경우에는 씨실과 날실이 통상 동일한 직경이고, 씨실이 공급액의 흐름을 저해하고, 또한, 부유 성분이 유로를 폐색시키는 원인이 되어 있다. 또한, 마름모형의 경우도 종횡의 구별은 없으나, 교차하는 2 방향의 실이 유로를 횡단하고 있기 때문에 마찬가지이다. 즉, 공급측 유로재에는, 공급측의 압력 손실을 가능한 작게 하는 기능에 더하여, 막면의 표면 갱신을 촉진하고 농도 분극을 억제하는 기능이 요구되는데, 공급측 유로재의 씨실에 공급액에 부유하고 있는 성분이 걸려, 흐름의 저항이 증대되거나, 또는 폐색시키는 문제가 있다. 또한, 막표면에 공급액에 부유하고 있는 성분이 공급 유로재 씨실에 걸려, 그것들이 막면 퇴적하여 유효막 면적을 감소시키는 문제도 있다. 이 이외에, 분리막 엘리먼트의 운전 비용 절감을 위해서, 공급 유로재에서의 압력 손실을 저감하는 과제가 있다.
한편, 종래의 네트는, 씨실과 날실의 융착을 확실히 행할 수 있도록, 전단법에 의해 성형되는 경우가 많았다. 이 전단법은, 압출기의 다이스의 내외 2 개의 원주 상에 배치한 다수의 노즐 구멍을 역방향으로 회전시키면서, 씨실과 날실을 압출하여 교차부에서 서로 융착시킬 때, 씨실과 날실의 교차부에서 양자의 노즐 구멍이 포개어져 1 개의 노즐이 되도록 노즐 구멍을 배치한 다이스를 사용하는 방법 이다. 전단법에 의하면, 씨실과 날실의 교점부에서 수지의 압출량이 많아져, 이 부분에서 물갈퀴 형상의 변형이 생기고 있었다. 본 발명자들이 검토한 결과, 이 물갈퀴 형상의 변형이 공급측 유로의 압력 손실의 증가 원인으로 되고 있음이 판명되었다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평11-235520호
특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2000-000437호
특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2000-042378호
특허문헌 4: 일본 공개특허공보 평05-168869호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그래서, 본 발명의 목적은, 공급측 유로의 압력 손실을 저감할 수 있고, 나아가 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색의 문제가 보다 발생하기 어려운 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 이하에 나타내는 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 의해 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재의 단수 또는 복수가 유공의 중공상 중심관의 주위에 감겨있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 있어서, 상기 공급측 유로재는 융착법 성형으로 얻어진 네트인 것을 특징으로 한다. 여기서, 융착법 성형으로 얻어진 네트는, 네트의 구성사가 교점부에서 서로 융착하면서, 평면 형상 (투영 도형) 에 있어서 구성사로부터 융착부가 불거져 나와있지 않는 구조를 갖는 것이다.
본 발명자는, 네트의 성형에 있어서, 융착법에 의한 성형품이 전단법 성형품에 비해 교점부에서의 물갈퀴 형상의 변형이 현격히 적고, 공급측 유로의 압력 손실을 저감할 수 있으며, 더구나, 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색을 방지하는 데 유효하다는 것을 발견한 것으로, 우수한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공할 수 있다.
또한, 융착법 성형품은, 전단법 성형품에 비하여 표면이 매끈하고, 엘리먼트 조립 작업시에 있어서의 막면과의 접촉이나 감음으로 인한 막면으로의 가압으로 인해 막에 대한 데미지가 완화되는 등의 이점이 있어, 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 형성에 매우 유효하다.
상기에서, 상기 공급측 유로재는, 공급액 흐름 방향에 교차하고 있는 씨실을, 공급액 흐름 방향을 따라서 배치되는 날실보다 가늘게 하는 것이 바람직하다. 네트의 성형품에 있어서, 공급액 흐름 방향에 교차하고 있는 씨실을 가늘게 함으로써, 공급액의 유로 단면적을 크게 할 수 있는 점에서, 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색에 유효하고, 유로의 압력 손실을 저감할 수 있다.
또한, 상기 공급측 유로재는, 네트상 유로재이고, 공급액 흐름 방향을 따라서 배치되는 날실을 사행 (蛇行) 하는 구조로 형성하고 있는 것이 바람직하다. 유로에 있어서의 흐름의 저해나 폐색을 방지하기 위해서는, 유로 내에서의 액의 흐름을 난류 (亂流) 상태로 하는 것이 유효하다는 것이 알려져 있다 (난류 효과). 본 발명에 있어서는, 유로재의 날실을 사행하는 구조로 함으로써, 종래의 래더형 혹은 마름모형 등의 유로재보다 큰 난류 효과를 얻을 수 있음을 생각해낸 것으로, 공급측 유로의 압력 손실이 적은, 우수한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공할 수 있다.
또한, 상기 공급측 유로재는, 제 1 사로 구성되는 제 1 층과 제 2 사로 구성되는 제 2 층으로 이루어지는 2 층 구조를 갖고, 상기 제 1 사 및 상기 제 2 사의 각각이, 공급액 흐름 방향에 대략 평행하게 배치되는 평행부와 공급액 흐름 방향에 대하여 날실 방향으로 배치되는 경사부를 반복하여 가짐과 함께, 상기 제 1 사의 평행부와 상기 제 2 사의 평행부가 융착하여 육각형의 단위 평면 형상을 형성하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 공급측 유로재에 의하면, 평행부에서 제 1 사와 제 2 사가 포개어져 융착되어 있기 때문에, 이 부분이 공급액의 저항이 되기 어렵고, 또한, 육각형의 단위 평면 형상이기 때문에, 단위 유동 길이 당 교점수 (이 경우, 평행부의 수) 를 적게 할 수 있어, 공급측 유로의 압력 손실을 보다 저감할 수 있다.
혹은, 상기 공급측 유로재는, 공급액 흐름 방향에 대략 평행하게 배치되는 날실과, 공급액 흐름 방향에 대하여 날실 방향으로 배치되는 경사 사 (絲) 와, 공급액 흐름 방향에 대하여 상기 경사 사와는 반대의 날실 방향으로 배치되는 역경사 사로 구성되는 3 층 구조를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 공급측 유로재에 의하면, 날실로 구성되는 층이 공급액의 저항이 되기 어렵고, 또한, 2 층 구조의 경우와 비교하여 보다 가는 경사 사와 역경사 사가 공급액 흐름 방향에 교차하기 때문에, 이 부분이 공급액의 저항이 되기 어려워, 공급측 유로의 압력 손실을 보다 저감할 수 있다.
발명의 효과
이상과 같이, 본 발명은, 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 사용하는 네트의 성형에 있어서, 융착법을 사용함으로써, 공급측 유로의 압력 손실을 저감할 수 있고, 또한, 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색을 방지할 수 있다는 이점이 있다. 동시에, 엘리먼트의 조립 등의 작업성이 높다는 이점이 있다.
또한, 공급액 흐름 방향에 교차하고 있는 씨실을 가늘게 하는 것, 또는, 마름모형 네트상 유로재에 있어서는 어느 한 방향의 실을 가늘게 하는 것, 또한, 래더형 네트상 유로재에 있어서는 날실을 사행하는 구조로 형성함으로써, 공급측 유로의 압력 손실 저감 및 흐름의 저해나 폐색 방지를 더욱 효과적으로 실시할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시의 일형태인 네트 타입 (제 1 구성예) 을 나타낸 설명도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시의 별도 형태인 네트 타입 (제 2 구성예) 을 나타낸 설명도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시의 제 3 형태인 네트 타입 (제 3 구성예) 을 나타낸 설명도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시의 제 4 형태인 네트 타입 (제 4 구성예) 을 나타낸 설명도이다.
도 5 는, 본 발명의 실시의 제 4 형태인 네트 타입 (제 4 구성예) 의 별도 예를 나타낸 설명도이다.
도 6 은, 본 발명의 실시의 제 5 형태인 네트 타입 (제 5 구성예) 을 나타낸 설명도이다.
도 7 은, 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 공급수 유량과 압력 손실의 관계를 예시한 설명도이다.
도 8 은, 본 발명의 실시예 2 에 있어서의 공급수 유량과 압력 손실의 관계를 예시한 설명도이다.
도 9 는, 본 발명의 실시예 3 에 있어서의 압력 손실의 비교를 나타낸 설명도이다.
도 10 은, 본 발명의 실시예 4 에 있어서의 압력 손실의 비교를 나타낸 설명도이다.
도 11 은, 종래품의 실시의 일형태인 마름모형 네트 타입을 나타낸 설명도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 날실
2: 씨실
3: 두께
4: 날실 간격
5: 씨실 간격
6: 교점 각도
7: 날실 사행 각도
8: 제 1 사
11a: 제 1 사의 평행부
11b: 제 1 사의 경사부
12: 제 2 사
12a: 제 2 사의 평행부
12b: 제 2 사의 경사부
15: 경사 사
16: 날실
17: 역경사 사
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 공급측 유로재의 일례를 나타내는 도면으로, 도 1 의 (A) 는 정면도, 도 1 의 (B) 는 측면도이다.
본 발명의 스파이럴형 분리막 엘리먼트는, 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재의 단수 또는 복수가 유공의 중공상 중심관의 주위에 감겨있는 구조를 갖는 다. 이러한 막 엘리먼트의 상세는, 상기 특허문헌 1 ～ 4 에도 상세히 기재되어 있고, 공급측 유로재의 이외에 관해서는, 종래 공지된 분리막, 투과측 유로재, 중공상 중심관 등이 모두 채용될 수 있다. 예를 들어, 공급측 유로재와 투과측 유로재가 복수 사용되는 경우에는, 복수의 막리프가 중공상 중심관의 주위에 감겨있는 구조가 된다.
본 발명에 사용되는 공급측 유로재는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 공급수의 흐름 방향에 대하여 날실 (1) 과 씨실 (2) 을 갖는 래더형 네트상 유로재를 형성하고 있다. 본 발명은, 이 공급측 유로재가 융착법 성형으로 얻어진 네트인 것을 특징으로 한다.
네트를 융착법으로 성형하는 경우, 일반적으로, 압출기의 다이스의 내외 2 개의 원주 상에 배치된 다수의 노즐 구멍을 역방향으로 회전시키면서, 씨실과 날실을 압출하고 나서 교차부에서 서로 융착시켜, 냉각조에 침지 후, 꺼낸다. 상기 압출을 행할 때, 씨실과 날실의 교차부에서 양자의 노즐 구멍이 포개어지지 않도록 노즐 구멍을 배치해 두고 (이 점이 전단법과 상이하다), 압출된 씨실과 날실을 적절한 융착이 일어나는 타이밍에서 융착시킨다.
이 때문에, 전단법과 비교하여, 교점부에서 씨실과 날실의 형상이 유지되기 쉽고, 또한, 교점부에서 수지의 압출량이 많아지는 경우도 없어, 교점부에서의 물갈퀴 형상의 변형이 매우 적고, 공급측 유로의 압력 손실을 저감할 수 있다.
특히, 도 1 의 (A) 에 나타내는 바와 같은 네트를 융착법으로 성형하는 경우, 씨실과 날실의 노즐 직경을 바꿈과 함께, 날실의 노즐 구멍을 회전시키지 않고 서, 씨실의 노즐 구멍만을 회전시키는 방법이 유효하다.
유로재의 구성 요소로는, 내식성, 내열성, 기계적 강도 등을 고려하여 선택된 재질 (후술한다) 이외에, 구조적으로는 유로 단면적이 커다란 요소가 되어, 예를 들어 도 1 의 (A) 에 나타내는 구성예에 있어서의 날실 (1) 의 직경, 씨실 (2) 의 직경 및 그것에 따라 결정되는 두께 (3), 날실 간격 (4), 씨실 간격 (5) 및 교점 각도 (6) 를 들 수 있다. 요컨데, 예를 들어 기계적 강도의 면에서는, 날실 (1) 의 직경, 씨실 (2) 의 직경이 클수록 바람직하지만, 유로 단면적은 작아져 압력 손실의 증대로 결부되는 점에서 바람직하다고 할 수 없다. 또한, 교점 각도를 작게 하면 날실 (1) 과 씨실 (2) 의 결합 부분이 커져 강도면에서는 바람직하지만, 날실 간격 (4) 이 작아져 유로 단면적이 작아지기 때문에 압력 손실의 증대로 결부되어, 바람직하다고 할 수 없다.
본 발명은 이들 요소의 선택에 따라서, 상기한 압력 손실 저감이나 흐름의 저해나 폐색 방지 등에 최적의 유로를 형성함과 함께, 나아가 날실 (1) 과 씨실 (2) 의 교차부의 세부 구조?상태에 의한 영향을 연구하여, 물갈퀴 형상의 변형 등이 없고 원활한 흐름을 형성하는 것이 가능한 접합 방법으로서 융착법이 최적임을 발견한 것이다.
즉, 종래법, 예를 들어 전단법에 의해 성형된 네트는 교점부에서 물갈퀴 형상의 변형이 생기지만, 본 발명인 융착법 성형품에서는, 전단법 성형품에 비하여 이러한 변형이 현격히 적다. 또한, 융착법 성형품은, 전단법 성형품 등 다른 성형품에 비하여 표면이 매끈하고, 엘리먼트 조립 작업시에 있어서의 막면과의 접 촉이나 감음으로 인한 막면으로의 가압에 의한 막에 대한 데미지가 완화되는 등의 이점이 있다. 이러한 이점은, 유로재를 형성하는 데에 있어서 매우 유용하여, 본 발명인 융착법 성형품에 의해, 동일 구조이더라도 종래에는 없던 우수한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공할 수 있다.
특히, 래더형 유로재에 관해서는 흐름에 접하는 씨실 (2) 의 길이를 길게하는 경우가 많고, 융착법 성형품의 이러한 이점을 최대한으로 이용할 수 있는 점에서, 래더형 유로재 자체의 우위성에 추가하여, 융착법 성형품의 이러한 이점과의 상승적 효과를 살리는 것이 가능해진다.
여기서, 사용하는 공급측 유로의 원수측 유로재로는 임의의 재질을 사용하는 것이 가능하지만, 상기한 바와 같이 내식성, 내열성, 기계적 강도 등을 고려하여 선택된다. 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.
또한, 공급수의 흐름에 의한 압력 손실 저감의 과제에 대해서는, 도 1 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 공급액 흐름 방향에 교차하고 있는 씨실을 가늘게 함으로써 공급액의 유로 단면적을 크게 할 수 있어, 공급측 유로의 흐름의 저해나 폐색에 유효하고, 유로의 압력 손실을 저감할 수 있다.
요컨대, 종래의 래더형 유로재는, 씨실과 날실이 거의 동일한 직경으로 형성되어 있고, 공급측 유로의 원수측 단면적 중, 실제의 유로 단면적으로는 1/2 에 못미친다. 또한, 마름모형 유로재에 관해서도 마찬가지이다. 본 발명의 유로재에서는, 래더형에 있어서는 날실에 대한 씨실의 직경, 마름모형에 있어서는 어느 한 방향의 실의 직경의 비율을 작게 함으로써, 유로 단면적이 증가하여, 압력 손실 을 종래의 것에 비해 작게 하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 날실 : 씨실의 직경 비율이, 4 : 1 ～ 2 : 1 인 것이 적정하다는 본 발명자의 지견을 얻고 있다. 나아가, 이러한 구성을 본 발명의 융착법 성형품에 관해서 적용함으로써, 종래의 전단법 성형품 등에 비하여 교점부의 물갈퀴 형상의 변형이 매우 적고, 날실에 대한 씨실의 직경 비율을 작게 하는 효과를 보다 확실히 확보할 수 있어, 한층 더 저항을 저감시키는 요인이 되고 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 이러한 유로 단면적의 확대에 추가하여, 씨실 (2) 전체면이 흐름에 접하는 점에서, 상기 융착법 성형품의 표면 활성이나, 엘리먼트 조립 작업시에 있어서의 막면과의 접촉이나 감음으로 인한 막면으로의 가압으로 인해 막에 대한 데미지가 완화되는 기능이, 씨실 (2) 의 직경 축소에 의해 한층 더 길게 제조된다는 상승적인 효과를 만들어 내게 되어, 보다 공급측 유로의 압력 손실이 적은, 우수한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공할 수 있다.
본 발명의 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 별도 실시형태로서, 래더형 네트상 유로재를 변형한 구성을 도 2 에 나타낸다 (제 2 구성예). 제 1 구성예에 있어서의 날실 (1) 을, 교점 각도 (6) 가 커지도록 공급수의 흐름 방향으로 이동시킴으로써, 날실 (1) 과 씨실 (2) 의 접합부를 그대로 하면서 날실 간격 (4) 을 크게 한 것이다. 이러한 구성에 의해서, 날실 (1) 과 씨실 (2) 의 접합부를 길게 하여 네트상 유로재의 강도면을 충분히 확보할 수 있음과 동시에, 유로 단면적을 크게 할 수 있는 우수한 네트를 형성할 수 있다.
또한, 유로 내에서의 교점 각도 (6) 를 조정함으로써, 압력 손실을 조정하는 것이 가능해지는 점, 종래에는 없던 우수한 기능을 가지고 있다고 할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이 교점 각도 (6) 를 크게 하면 날실 간격 (4) 이 커져 유로 단면적이 커지고, 교점 각도 (6) 를 작게 하면 날실 간격 (4) 이 작아져 유로 단면적이 작아진다. 단, 씨실 간격 (5) 은, 교점 각도 (6) 를 크게 하면 작아지고, 그 결과, 압력 손실을 증대시키는 효과가 있는 점에서, 유로 단면적 증대에 의한 압력 손실 저감 효과를 제한하는 기능을 발생한다. 따라서, 날실 간격 (4), 씨실 간격 (5), 및 교점 각도 (6) 를 적절히 선택함으로써, 원하는 압력 손실을 갖는 유로재를 작성할 수 있다.
도 3 에, 본 발명의 제 3 구성예를 나타낸다. 래더형 네트상 유로재로서, 날실을 사행하는 구조로 형성하는 것을 특징으로 하고 있다. 유로에 있어서의 흐름의 저해나 폐색을 방지하고, 또한 압력 손실을 저감하기 위해서는 유로 내에서의 액의 흐름을 난류 상태로 하는 것이 유효하여, 유로재의 날실을 사행하는 구조로 함으로써, 종래의 래더형 또는 마름모형 등의 유로재보다 큰 난류 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 공급측 유로의 압력 손실이 적은, 우수한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공할 수 있다. 특히, 날실과 씨실의 직경이 다른 경우에는 난류의 강도가 조장되어, 한층 더 난류 효과를 얻을 수 있어, 공급측 유로의 압력 손실의 경감을 꾀할 수 있다.
즉, 종래의 래더형에서는 씨실에 의해 난류 효과를 얻고, 마름모형 형상에서는 종횡의 구별은 없으나 교차하는 2 방향의 실에 의해 난류 효과를 얻고 있다. 본 발명의 유로재에서는, 날실을 사행하는 구조로 함으로써, 날실이 수류와 병행하 여 직선형상보다 용이하게 높은 난류 효과가 얻어졌다. 이것을 유로재의 구성으로부터 보면, 본 발명은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 상기 기술한 제 1 구성예에 있어서의 날실 (1) 의 직경 등의 구성 요소에 날실 사행 각도 (7) 라는 새로운 요소를 가미함으로써, 유로의 압력 손실 저감이나 흐름의 저해나 폐색 방지 등에 최적의 유로 조건을 설정하는 것이다. 또한, 제 2 구성예와 같이 날실 간격 (4), 씨실 간격 (5), 교점 각도 (6), 및 날실 사행 각도 (7) 를 적절히 선택함으로써, 원하는 압력 손실을 갖는 유로재를 작성할 수 있다.
구체적으로는, 공급측 유로에 있어서 사용하는 원수측 유로재의 수단으로서, 가령 두께가, 26mil, 28mil, 34mil 인 것에 관해서 검토하면, 종래품에 있어서의 압력 손실이 1/2 까지 저감되는 효과를 얻기 위해서는, 공급측 유로의 구성 요소를 표 1 에 나타낸 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
항목 단위
(㎜)		 26mil
(0.64 ～ 0.68)		 28mil
(0.69 ～ 0.73)		 34mil
(0.84 ～ 0.88)
날실 직경 ㎜ 0.44 ～ 0.49 0.47 ～ 0.53 0.57 ～ 0.65
씨실 직경 ㎜ 0.17 ～ 0.22 0.18 ～ 0.24 0.21 ～ 0.29
날실씨실 직경 비율 - 두께에 대한 날실 직경이 67 ～ 75％ (날실:씨실 = 4:1 ～ 2:1)
날실 간격 ㎜ 3 ～ 5
씨실 간격 ㎜ 3 ～ 10
날실씨실 간격 비율 - 2:1 ～ 1:1
씨실 각도 ° 45 ～ 90
날실 사행 각도 ° 0 ～ 30
이상과 같이 본 발명의 3 개의 구성예에 관해서 서술하였지만, 이들은, 유로재의 형성으로부터 보면, 특정한 유로재를 성형한 뒤, 제 1 구성예 → 제 2 구성예 → 제 3 구성예의 순서로, 폭 방향 (공급수 흐름 방향에 대하여 수직 방향) 으로의 신축의 정도를 변경함으로써 얻어지는 것이다. 따라서, 사용 조건에 맞는 유로재를, 매우 용이하게 작성할 수 있다는 우수한 특징을 가지고 있다.
도 4 ～ 도 5 에, 본 발명의 제 4 구성예를 나타내고, (A) 는 정면도, (B) 는 측면도, (C) 는 저면도이다. 이 예에서는, 도 4 ～ 도 5 에 나타내는 바와 같이, 공급측 유로재는, 제 1 사 (11) 로 구성되는 제 1 층 (L1) 과 제 2 사 (12) 로 구성되는 제 2 층 (L2) 으로 이루어지는 2 층 구조를 가지고 있다. 이때, 제 1 사 (11) 및 제 2 사 (12) 의 각각이, 공급액 흐름 방향에 대략 평행하게 배치되는 평행부 (11a, 12a) 와 공급액 흐름 방향에 대하여 경사 방향으로 배치되는 경사부 (11b, 12b) 를 반복하여 갖는다. 또, 제 1 사 (11) 의 평행부 (11a) 와 제 2 사 (12) 의 평행부 (12a) 가 융착하여 육각형의 단위 평면 형상을 형성하고 있다.
이 제 4 구성예에 있어서, 도 4 에 나타내는 것은, 제 1 사 (11) 및 제 2 사 (12) 의 각각의 경사부 (11b, 12b) 가 동일 방향으로 경사하고 있는 예이고, 도 5 에 나타내는 것은, 제 1 사 (11) 및 제 2 사 (12) 의 각각의 경사부 (11b, 12b) 가 번갈아 반대 방향으로 경사하고 있는 예이다. 도 5 에 나타내는 것에서는, 제 1 사 (11) 및 제 2 사 (12) 의 각각이, 사행하면서 공급액 흐름 방향을 따라서 배치되기 때문에, 공급측 유로의 압력 손실을 보다 저감할 수 있다.
도 4 에 나타내는 네트를 융착법으로 성형하는 경우, 제 1 사 (11) 의 노즐 구멍과 제 2 사 (12) 의 노즐 구멍을 서로 역회전시킬 때에, 평행부 (11a, 12a) 를 압출할 때에만 양 노즐 구멍의 회전을 정지하는 제어를 실시하여, 단속적으로 양 노즐 구멍을 회전시키면 된다. 압출된 평행부 (11a, 12a) 는, 서로 융착된다.
또한, 도 5 에 나타내는 네트를 융착법으로 성형하는 경우, 경사부 (11b, 12b) 를 압출할 때에는 양 노즐 구멍을 서로 역회전시키고, 평행부 (11a, 12a) 를 압출할 때에는 양 노즐 구멍의 회전을 정지하며, 다음 경사부 (11b, 12b) 를 압출할 때에는 각각의 노즐 구멍을 앞의 경사부 (11b, 12b) 를 압출할 때와 역회전시키고, 이어서 양 노즐 구멍의 회전을 정지하여, 이것을 반복하는 제어를 실시하면 된다.
이 구성예에 있어서, 제 1 사 (11) 와 제 2 사 (12) 의 교점부의 두께는 0.5 ～ 1.0㎜ 가 바람직하다. 또한, 제 1 사 (11) 및 제 2 사 (12) 의 실 직경은, 0.15 ～ 0.5㎜ 가 바람직하다. 또한, 육각형의 단위 평면 형상에 있어서의 정점 각도 (α) 는, 60 ～ 120°가 바람직하고, 사변 길이 A, B (즉, 경사부 (11b, 12b) 의 길이) 는 2 ～ 5㎜ 가 바람직하며, 평행부 (11a, 12a) 의 길이는 1 ～ 5㎜ 가 바람직하다.
도 6 에 본 발명의 제 5 구성예를 나타내는데, (A) 는 정면도, (B) 는 측면도, (C) 는 저면도이다. 이 예에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 공급측 유로재는, 제 1 층 (L1), 제 2 층 (L2), 및 제 3 층 (L3) 으로 이루어지는 3 층 구조를 갖는다. 각 층은, 공급액 흐름 방향에 대략 평행하게 배치되는 날실 (16) 과, 공급액 흐름 방향에 대하여 날실 방향으로 배치되는 경사 사 (15) 와, 공급액 흐름 방향에 대하여 상기 경사 사 (15) 와는 반대의 경사 방향으로 배치되는 역경사 사 (17) 로 구성된다.
도 6 에 나타내는 네트를 융착법으로 성형하는 경우, 날실 (16) 의 노즐 구멍을 회전시키지 않고서, 경사 사 (15) 의 노즐 구멍과 역경사 사 (17) 의 노즐 구멍을 서로 역회전시키고, 교점부에서 서로 융착시키면 된다.
날실 (16) 과 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 의 적층 순서는 어떻게 해도 상관없지만, 특히, 제 2 층 (L2) 을 날실 (16) 로 구성함으로써, 중간층에서의 유동의 저항을 작게 하여, 공급측 유로의 압력 손실을 보다 저감할 수 있고, 더구나 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 가 막면에 접하기 때문에, 난류 효과에 의해 막면 근방의 농도 분극을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제 1 층 (L1) 과 제 2 층 (L2) 의 교점부와 제 2 층 (L2) 과 제 3 층 (L3) 의 교점부가 일치하고 있지 않아도 되지만, 공급측 유로재의 형상 안정성을 향상시키기 위해서, 양자의 교점부가 일치하고 있는 것이 바람직하다.
제 5 구성예에 있어서, 날실 (16) 과 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 의 교점부의 두께는 0.5 ～ 1.0㎜ 가 바람직하다. 또한, 날실 (16) 과 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 의 실 직경은 0.1 ～ 0.5㎜ 가 바람직하다. 그리고, 단위 평면 형상에 있어서의 사변 길이 (D) 는 2 ～ 5㎜ 가 바람직하다. 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 가 이루는 각도 (α) 는 60 ～ 120°가 바람직하다.
날실 (16) 과 경사 사 (15) 와 역경사 사 (17) 의 실의 직경은 각각 동일하거나 상이해도 되지만, 제 2 층 (L2) 을 구성하는 날실 (16) 을 굵게 함으로써 공급측 유로의 압력 손실을 보다 저감할 수 있고, 반대로, 제 2 층 (L2) 을 구성하는 날실 (16) 을 상대적으로 가늘게 함으로써, 난류 효과에 의해 막면 근방의 농도 분극을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 관해서 설명한다. 또한, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
<실시예 1/ 비교예 1>
표 2 에 나타낸 공급측 유로재를 평행 평판 셀 (C10-T; 유로 폭 35㎜, 유로 길이 135㎜) 에 세트하고, 순수를 흘렸을 때의 유량과 압력 손실을 도 7 에 나타내었다. 성형 방법의 차이와 씨실 직경의 차이 이외에는 동일한 사양의 네트이지만, 실시예 1 에 있어서의 압력 손실은 비교예 1 에 대하여 약 1/3 의 값이 되었다.
항목 단위 실시예 1 비교예 1
성형 방법 - 융착법 전단법
네트 타입 - 래더 형상 래더 형상
전체 두께 ㎜ 0.71 0.71
씨실 직경 ㎜ 0.18 0.4
날실 간격 ㎜ 3.4 3.5
씨실 간격 ㎜ 3.9 4.1
교점 각도 ° 48 48
날실 사행 각도 ° 0 0
<실시예 2/ 비교예 2>
표 3 에 나타낸 공급측 유로재를 사용하여 23.2㎡ 의 스파이럴 엘리먼트를 제작하고, 압력 용기에 장괴한 상태에서 순수한 물을 흘렸을 때의 유량과 압력 손실을 도 8 에 나타내었다. 실시예 2 에 있어서의 압력 손실은 비교예 2 에 대하여 약 2/3 이하의 값이 되었다.
항목 단위 실시예 2 비교예 2
성형 방법 - 융착법 전단법
네트 타입 - 래더 형상 마름모형 형상
전체 두께 ㎜ 0.85 0.86
씨실 직경 ㎜ 0.24 0.46
날실 간격 ㎜ 4.0 3.2
씨실 간격 ㎜ 3.6 3.2
교점 각도 ° 60 89
날실 사행 각도 ° 25 -
한편, 실시예 2 및 비교예 2 의 스파이럴 엘리먼트에 관해서 NaCl 에 있어서의 성능을 확인한 결과, 표 4 에 나타내는 바와 같이, 비교예 2 에 비하여 저지 성능이 떨어지지 않고, 농도 분극을 유지하기에 충분한 난류 효과가 얻어지는 것을 확인하였다.
항목 단위 실시예 2 비교예 2
NaCl 저지 성능 ％ 99.46 99.35
투과 수량 ㎥/d 35.53 35.48
<실시예 3/ 비교예 3>
표 5 에 나타낸 공급측 유로재를 평행 평판 셀 (C10-T; 유로 폭 35㎜, 유로 길이 135㎜) 에 세트하고, 순수를 평균 유속 0.2m/초로 흘렸을 때의 압력 손실을 도 9 에 나타내었다. 단위 평면 형상의 차이 이외에는 동일한 사양의 네트이지만, 실시예 3 에 있어서의 압력 손실은 비교예 3 에 대하여 약 60％ 의 값이 되었다.
항목 단위 실시예 3 비교예 3
성형 방법 - 융착법 융착법
네트 타입 - 육각형 (도 4) 마름모형 형상
전체 두께 ㎜ 0.71 0.71
실 직경 ㎜ 0.36 0.36
실 간격 ㎜ - 3
A, B 치수 ㎜ 3 -
C 치수 ㎜ 2 -
꼭지점 각도 ° 90 90
<실시예 4/ 비교예 4>
표 6 에 나타낸 공급측 유로재를 평행 평판 셀 (C10-T; 유로 폭 35㎜, 유로 길이 135㎜) 에 세트하고, 순수를 평균 유속 0.2m/초로 흘렸을 때의 압력 손실을 도 10 에 나타내었다. 단위 평면 형상의 차이 이외에는 동일한 사양의 네트이지만, 실시예 4 에 있어서의 압력 손실은 비교예 4 에 대하여 약 60％ 의 값이 되었다.
항목 단위 실시예 4 비교예 4
성형 방법 - 융착법 융착법
네트 타입 - 3층 마름모형 형상
전체 두께 ㎜ 0.71 0.71
실 직경 ㎜ 0.25 0.36
D 치수 ㎜ 3 3
꼭지점 각도 ° 90 90
이 공급측 유로재는, 용도를 한정하고자 하는 것은 전혀 아니지만, 주로 탁 질이있는 배수 등 (원수) 의 처리 목적으로 하는 분리막 엘리먼트, 또는 저압에서 사용하는 엘리먼트에 사용될 때에 그 효과가 발휘된다.

Claims (6)

  1. 분리막, 공급측 유로재 및 투과측 유로재의 단수 또는 복수가, 유공의 중공 형상의 중심관의 주위에 감겨 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트로서, 상기 공급측 유로재는, 융착법 성형으로 얻어진 네트이며, 또한 공급액 흐름 방향으로 평행하게 배치된 날실 (16) 과, 공급액 흐름 방향에 대하여 경사 방향으로 배치된 경사 사 (15) 와, 공급액 흐름 방향에 대하여 상기 경사 사 (15) 와 반대의 경사 방향으로 배치된 역경사 사 (17) 로 구성되는 3 층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급측 유로재는, 공급액 흐름 방향에 교차하고 있는 씨실이, 공급액 흐름 방향을 따라서 배치되는 날실 (16) 보다 가늘게 되어 있는 것을 특징으로 하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트.
  3. 삭제
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