KR101651305B1 - 나선형으로 권취된 멤브레인 분리기 조립체 - Google Patents

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필립 폴 베오챔프
딘 데이비드 마스케
다니엘 제이슨 에르노
마이클 켄트 쿠에맨
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본원 발명은 분리기 조립체를 제공하며, 그러한 분리기 조립체는 적어도 2개의 투과물 배출 도관(119)을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소; 및 적어도 하나의 공급물 캐리어 층(116), 적어도 2개의 투과물 캐리어 층(110), 및 적어도 2개의 멤브레인 층(112)을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하고, 상기 멤브레인 층은 상기 공급물 캐리어 층과 상기 투과물 캐리어 층 사이에 배치되고, 상기 투과물 배출 도관들은 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되고, 그리고 상기 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성하며, 그리고 상기 공급물 캐리어 층은 상기 투과물 배출 도관과 접촉하지 않고, 그리고 상기 투과물 캐리어 층은 상기 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉한다. 또한, 염 분리기 장치 및 나선형 유동 역삼투압 장치가 제공된다.

Description

나선형으로 권취된 멤브레인 분리기 조립체{SPIRALLY WOUND MEMBRANE SEPARATOR ASSEMBLY}
관련 출원의 상호 참조
본원은 2008년 10월 17일자로 출원되어 현재 계류중인 미국 가명세서 출원 제 U.S.S.N 61/106,219 호(Docket No. 222206-1)를 기초로 우선권을 주장한다.
본원 발명은 전체적으로 분리기 조립체와 관련된 실시예를 포함한다. 여러 실시예들에서, 본원 발명은 나선형 분리기 조립체에 관한 것이다. 또한, 본원 발명은 분리기 조립체를 제조하기 위한 방법을 포함한다.
종래의 분리기 조립체는 통상적으로 다공성 배출 도관 주위에 배치된 접힘형 다층(multilayer) 멤브레인 조립체를 포함한다. 접힘형 다층 멤브레인 조립체는 활성 표면 및 비활성(passive) 표면을 가지는 멤브레인 층의 활성-표면과 유체 접촉하는 공급물(feed) 캐리어 층을 포함한다. 접힘형 다층 멤브레인 조립체는 또한 다공성 배출 도관 및 멤브레인 층의 비활성 표면과 접촉하는 투과물 캐리어 층을 포함한다. 접힘형 멤브레인 층 구조는, 공급물 캐리어 층이 투과물 캐리어 층 또는 다공성 배출 도관과 접촉되지 않은 상태에서, 공급물 캐리어 층과 멤브레인 층 사이의 접촉을 보장한다. 작동 중에, 용매를 포함하는 공급 용액은 멤브레인 층의 활성 표면으로 공급 용액을 전달하는 다층 멤브레인 조립체의 공급물 캐리어 층과 접촉하고, 상기 멤브레인 층의 활성 표면은 공급 용액의 일부를 변경시키고(modify) 그리고 그러한 공급 용액의 일부를 투과물로서 투과물 캐리어 층으로 전달한다. 또한, 공급 용액은 멤브레인 층의 활성 표면에서의 용매 증대(accretion)를 방해하는 역할을 하고 그리고 과다한 용매를 다층 멤브레인 조립체의 외부로 이송한다. 투과물은 투과물 캐리어 층을 통해서 다공성 배출 도관으로 통과되고, 상기 다공성 배출 도관은 투과물을 수집한다. 접힘형 다층 멤브레인 조립체를 포함하는 분리기 조립체는 역삼투압, 한외 여과(ultrafiltration), 및 정밀 여과(microfiltration)를 포함하는 여러 가지 유체 정화 프로세스에서 이용된다.
접힘형 다층 멤브레인 조립체는 활성 표면 및 비활성 표면을 가지는 멤브레인 층의 활성 표면을 공급물 캐리어 층의 양 표면과 접촉시킴으로써 제조될 수 있을 것이고, 상기 멤브레인 층이 접혀져서 공급물 캐리어 층을 봉입하는(envelop) 포켓-유사 구조를 형성한다. 멤브레인 층의 비활성 표면이 적어도 하나의 투과물 캐리어 층과 접촉되어 멤브레인 스택(stack) 조립체를 형성하고, 상기 멤브레인 스택 조립체에서 접힘형 멤브레인 층이 공급물 캐리어 층과 적어도 하나의 투과물 캐리어 층 사이에 배치된다. 적어도 하나의 공통 투과물 캐리어 층과 각각 접촉하는 복수의 그러한 멤브레인 스택 조립체는 공통의 투과물 캐리어 층과 접촉되어 다공성 배출 도관 주위로 권취되어 다층 멤브레인 조립체 및 다공성 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체를 제공한다. 멤브레인 스택 조립체의 에지(edges)가 적절하게 실링되어(sealed) 공급 용액이 투과물 캐리어 층과 직접적으로 접촉하는 것을 방지한다. 접힘형 다층 멤브레인 조립체를 포함하는 분리기 조립체의 심각한 단점은, 멤브레인 층의 접힘으로 인해서 멤브레인의 기능이 손상될 수 있고 그에 따라 공급 용액과 투과물 캐리어 층 사이의 제어되지 않은 접촉이 초래될 수 있다는 것이다.
그에 따라, 하나 또는 그 이상의 다층 멤브레인 조립체를 포함하는 분리기 조립체의 디자인 및 제조 모두에서 추가적으로 개선할 필요가 존재한다. 특히, 사람들의 소비를 위한 정수 분야에서, 효과적이고 비용 측면에서도 효율적인 보다 확실하고 신뢰할 수 있는 분리기 조립체에 대한 요구가 있다.
일 실시예에서, 본원 발명은 분리기 조립체를 제공하고, 상기 분리기 조립체는 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 응축물(concentrate) 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소; 및 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하고, 상기 멤브레인 층은 공급물 캐리어 층과 투과물 캐리어 층 사이에 배치되고; 상기 투과물 배출 도관들은 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되고, 그리고 상기 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성하며, 그리고 상기 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과 접촉하지 않고, 그리고 상기 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉한다.
다른 실시예에서, 본원 발명은 염 분리기 조립체를 제공하고, 상기 염 분리기 조립체는 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소; 및 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 염-배척(rejecting) 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하고, 상기 염-배척 멤브레인 층은 공급물 캐리어 층과 투과물 캐리어 층 사이에 배치되고; 상기 투과물 배출 도관들은 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되고, 그리고 상기 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성하며, 그리고 상기 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과 접촉하지 않고, 그리고 상기 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉한다.
또 다른 실시예에서, 본원 발명은 나선형 유동 역삼투압 장치를 제공하고, 상기 나선형 유동 역삼투압 장치는 (a) 가압가능한 하우징; 및 (b) 분리기 조립체를 포함하고, 상기 분리기 조립체는 멤브레인 스택 조립체 그리고 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소를 포함하고, 상기 멤브레인 스택 조립체는 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하고, 상기 멤브레인 층은 공급물 캐리어 층과 투과물 캐리어 층 사이에 배치되고, 상기 투과물 배출 도관들은 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되고; 그리고 상기 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성하며, 그리고 상기 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과 접촉하지 않고, 그리고 상기 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉하며, 상기 가압가능한 하우징은 공급 용액을 공급물 캐리어 층으로 제공하도록 구성된 적어도 하나의 공급물 유입구를 포함하고, 그리고 상기 가압가능한 하우징은 투과물 배출 도관에 커플링된 적어도 하나의 투과물 배출구, 및 적어도 하나의 응축물 배출구를 포함한다.
이하의 상세한 설명을 참조할 때, 본원 발명의 이러한 그리고 기타의 특징, 측면, 및 이점들을 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
첨부 도면들을 참조한 이하의 상세한 설명을 참조할 때, 본원 발명의 이러한 그리고 기타의 특징, 측면, 및 이점들을 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 첨부 도면들에서 유사한 구성요소들에 대해서는 유사한 도면부호로 표시하였다.
도 1은 종래의 분리기 조립체의 성분들 및 그 조립 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본원 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스택 조립체 및 중앙 코어 요소를 도시한 도면이다.
도 3은 본원 발명의 실시예에 따른 분리기 조립체를 도시한 도면이다.
도 4는 본원 발명의 실시예에 따른 나선형 유동 역삼투압 장치 부품들을 도시한 도면이다.
도 5는 본원 발명의 실시예에 따른 분리기 조립체 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본원 발명에 의해서 제공되는 장치의 가압가능한 하우징 성분을 도시한 도면이다.
도 7은 본원 발명의 실시예에 따른 투과물 배출 도관을 도시한 도면이다.
도 8은 본원 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스택 조립체 및 중앙 코어 요소를 도시한 도면이다.
도 9는 본원 발명의 실시예에 따른 멤브레인 스택 조립체 및 중앙 코어 요소를 도시한 도면이다.
도 10은 본원 발명의 실시예에 따른 중앙 코어 요소를 도시한 도면이다.
도 11은 본원 발명의 실시예에 따른 중앙 코어 요소를 도시한 도면이다.
이하의 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 많은 용어들을 참조할 것이며, 그러한 용어들은 다음과 같은 의미를 가지는 것으로 규정될 수 있을 것이다.
단수 형태는 문장에서 명백하게 기재하고 있지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 해석될 것이다.
"선택적" 또는 "선택적으로"는 후속하여 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수도 있고 또는 발생하지 않을 수도 있다는 것을 의미하고, 그리고 그러한 설명은 사건이 발생하는 경우와 사건이 발생하지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.
상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된 근접적인(approximating) 표현들은 관련된 기본적인 기능을 변화시키지 않고 변경될 수 있는 정량적인 표현에 적용될 수 있을 것이다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은 용어나 용어들에 의해서 변경될 수 있는 값은 특정된 정확한 값으로 제한되지 않을 것이다. 적어도 일부의 예에서, 근접적인 표현들은 값을 측정하기 위한 기구의 정밀도에 상응할 것이다. 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 범위 제한은 조합 및/또는 상호교환될 수 있을 것이며, 기재내용이나 문장에서 달리 기재하고 있지 않는 경우에 그러한 범위는 포함된 모든 하위-범위를 포함할 것이다.
주지하는 바와 같이, 일 실시예에서, 본원 발명은 중앙 코어 요소 및 멤브레인 스택 조립체를 포함하는 분리기 조립체를 제공한다. 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는다. 멤브레인 스택 조립체는 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하고, 상기 멤브레인 층은 공급물 캐리어 층과 투과물 캐리어 층 사이에 배치된다. 본원 발명의 여러 실시예들에서, 투과물 배출 도관들은 중앙 코어 요소 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리된다. 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성한다. 공급물 캐리어 층이 투과물 배출 도관과 접촉하지 않도록, 그리고 투과물 캐리어 층이 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉하도록, 멤브레인 스택 조립체는 중앙 코어 요소 내에 그리고 그 주위에 배치된다.
주지하는 바와 같이, 중앙 코어 요소가 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는다. 배출 도관은, 그러한 배출 도관이 접촉하는 멤브레인 스택 조립체의 층 또는 층들에 따라서, 투과물 배출 도관 또는 응축물 배출 도관이 될 수 있다. 중간의 멤브레인 층을 통과하지 않고 층으로부터 도관으로 유체를 전달할 수 있도록 층이 구성될 때, 층이 배출 도관과 "접촉"한다 할 수 있을 것이다. 투과물이 투과물 캐리어 층으로부터 투과물 배출 도관으로 통과할 수 있도록, 투과물 배출 도관이 투과물 캐리어 층 표면(또는 특정 실시예에서는 멤브레인 층 표면)과 접촉한다. 응축물 배출 도관은 응축하는 방식으로 응축물 캐리어 층 표면과 접촉하여야 할 것이다. 통상적으로, 각 응축물 배출 도관은 분리기 조립체의 길이를 따라 연장하는 다공성 튜브일 것이나, 다른 구성, 예를 들어, 길이방향으로 홈이 형성된 구조도 투과물 배출 도관의 의미에 포함될 수 있을 것이고, 그러한 구조는 분리기 조립체의 길이를 따라 연장하는 원통형일 수도 있고 그러하지 않을 수도 있을 것이다. 투과물 배출 도관으로서 기능할 수 있는 적절한 다공성 튜브에는 천공형 금속 튜브, 천공형 플라스틱 튜브, 천공형 세라믹 튜브 등이 포함된다. 일 실시예에서, 투과물 배출 도관은 천공형이 아니나 유체가 투과물 캐리어 층으로부터 투과물 배출 도관의 내부로 통과할 수 있도록 허용하는 충분한 다공성을 가진다. 투과물 캐리어 층으로부터 투과물 배출 도관으로 통과하는 유체를 "투과물"로 종종 지칭한다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소는 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고, 각각의 투과물 배출 도관은 다공성의 절반-원통 형상 튜브이다. 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소는 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고, 각각의 투과물 배출 도관은 다공성의 절반-8면체 형상 튜브이다. 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소는 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고, 그 각각은 다공성의 절반-10면체 형상 튜브이다. 또 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소는 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고, 그 각각은 다공성의 절반-40면체(tetradecahedron) 형상 튜브이다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소는 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고, 그 각각은 다공성의 눈물(teardrop) 형상의 튜브이다. 투과물 배출 도관은 분리기 조립체 내에서 각각의 경우에 동일한 또는 서로 상이한 형상을 가질 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 분리기 조립체는 동일한 분리기 조립체 내에 존재하는 다른 투과물 배출 도관과 상이한 형상을 가지는 하나 또는 그 이상의 투과물 배출 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 분리기 조립체 내에 존재하는 모든 투과물 배출 도관이 동일한 형상을 가진다.
본원 명세서에서, "다층 멤브레인 조립체"라는 용어는 중앙 코어 요소 주위에 배치된 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 지칭한다. 본원 명세서에 첨부된 도 2는 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 및 제 2 부분(213 및 232)을 도시한다. 그에 따라, 다층 멤브레인 조립체는 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소 주위에 배치된 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층 및 적어도 2개의 멤브레인 층의 조합체이다.
일 실시예에서, 다층 멤브레인 조립체는 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분을 중앙 코어 요소 내에 배치하고 그리고 중앙 코어 요소를 회전시켜 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소의 주위로 권취함으로써 준비될 수 있을 것이다. 본원 명세서의 상세한 설명에 기재된 바와 같이, 권취된 구조물을 제공하기 위해서 멤브레인 스택 조립체를 중앙 코어 요소 주위로 권취하였을 때 그리고 권취 후에 멤브레인 스택 조립체의 자유 단부를 고정하였을 때, 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 포함하는 분리기 조립체가 얻어질 수 있도록, 멤브레인 스택 조립체가 구성되고 그리고 멤브레인 스택 조립체가 중앙 코어 요소 내에 배치된다. 소위 당업자는, 특정 실시예에서, 멤브레인 스택 조립체와 다층 멤브레인 조립체 사이의 밀접한 관계를 인식할 수 있을 것이고, 그리고 멤브레인 스택 조립체가 다층 멤브레인 조립체의 전구체(precursor)라는 것을 인식할 수 있을 것이다. 멤브레인 스택 조립체를 "권취되지 않은" 것으로 간주하고 그리고 다층 멤브레인 조립체를 "권취된" 것으로 간주하는 것이 편리할 것이다. 그러나 본원 명세서에서 규정된 바와 같이, 다층 멤브레인 조립체는 중앙 코어 요소 내에 배치된 하나 또는 그 이상의 멤브레인 스택 조립체의 "권취된" 형태로 제한되는 것이 아니라는 것을 주목할 필요가 있으며, 그에 따라 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소 주위로 배치하는 다른 수단도 이용될 수 있을 것이다. 다양한 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 다층 멤브레인 조립체의 성분 멤브레인 층들이 접힘부(folds) 또는 주름(creases)을 가지지 않도록 중앙 코어 요소 주위로 방사상으로 배치되는 하나 또는 그 이상의 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 포함하는 다층 멤브레인 조립체를 포함한다. 여러 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 종래의 분리기 조립체에서의 대응하는 투과물 캐리어 층 유동 경로 길이 보다 상당히 짧은 투과물 캐리어 층 유동 경로 길이를 특징으로 한다. 투과물 캐리어 층 유동 경로의 길이는 분리기 조립체에 걸친 압력 강하의 크기에 영향을 미치는 중요한 인자이다. 그에 따라, 본원 발명에 의해서 제공되는 많은 이점들 중 하나는 유용한 작동 조건들의 선택 범위(latitude)가 크다는 것이다. 본원 명세서로부터 당업자가 명백하게 인식할 수 있는 바와 같이, 본원 발명은 또한 분리기 조립체의 제조 용이성 및 비용과 관련하여 상당한 이점을 제공한다.
주지할 수 있는 바와 같이, 멤브레인 스택 조립체 및 다층 멤브레인 조립체는 적어도 하나의 공급물 캐리어 층을 포함한다. 공급물 캐리어 층으로서 이용하기에 적합한 물질에는 공급 용액이 통과하여 유동할 수 있는 가요성 시트-유사(sheet-like) 물질이 포함된다. 본원 발명의 여러 실시예들에서, 공급 용액의 유동이 공급물 캐리어 층을 통해서 발생하여, 공급물 캐리어 층을 통해서 분리기 조립체의 축선을 따라서, 공급물 캐리어 층이 공급 용액과 접촉하는 분리기 조립체의 제 1 표면("공급물 표면") 상의 지점들로부터 응축물이 공급물 캐리어 층으로부터 배출되는 분리기 조립체의 제 2 표면("응축물 표면") 상에서 종료하도록, 공급물 캐리어 층이 구성된다. 공급물 캐리어 층은 멤브레인 표면에서 과다한 용매가 축적되는 것(증대)을 방지하는 수단으로서 공급물 캐리어 층과 접촉하는 멤브레인 층의 표면에서 난류 유동을 촉진하는 구조물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 공급물 캐리어 층은 천공형 플라스틱 시트로 이루어진다. 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층은 천공형 금속 시트로 이루어진다. 또 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층은 다공성 복합 물질을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층은 플라스틱 직물이다. 또 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층은 플라스틱 스크린이다. 공급물 캐리어 층은 투과물 캐리어 층에 대해서 사용되는 것과 상이한 물질로 또는 투과물 캐리어 층과 동일한 물질로 이루어질 수 있을 것이다. 본원 발명의 여러 실시예들에서, 공급물 캐리어 층은 분리기 조립체의 배출 도관과 접촉하지 않는다.
주지할 수 있는 바와 같이, 멤브레인 스택 조립체 및 다층 멤브레인 조립체는 적어도 2개의 투과물 캐리어 층을 포함한다. 투과물 캐리어 층으로서 사용하기에 적합한 물질에는, 투과물이 통과하여 유동하는 가요성 시트-유사 물질이 포함된다. 본원 발명의 여러 실시예들에서, 작동 중에 투과물이 투과물 캐리어 층을 따라 적어도 2개의 투과물 배출 도관으로 나선형 경로로 유동하도록 투과물 캐리어 층이 구성된다. 일 실시예에서, 투과물 캐리어 층은 천공형 플라스틱 시트로 이루어진다. 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층은 천공형 금속 시트로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층은 다공성 복합물을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층은 플라스틱 직물이다. 또 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층은 플라스틱 스크린이다. 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체의 투과물 캐리어 층은 서로 동일한 또는 서로 상이한 물질로 제조될 수 있을 것이고, 예를 들어 하나의 투과물 캐리어 층이 플라스틱 직물인 한편 다른 투과물 캐리어 층은 울 직물과 같은 천연 물질일 수 있다. 또한, 단일 투과물 캐리어 층이 투과물 캐리어 층의 투과물 유동 경로를 따라서 여러 지점들에서 서로 상이한 물질을 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 예를 들어, 일 부분이 폴리에틸렌 직물이고 다른 부분이 폴리프로필렌 직물인 투과물 캐리어 층을 포함하는 분리기 조립체를 본원 발명이 제공한다.
주지하는 바와 같이, 여러 실시예들에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함한다. 멤브레인 층으로 이용하기에 적합한 멤브레인 및 물질이 당업계에 널리 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,277,344 호에는 소듐, 마그네슘 및 칼슘 양이온 그리고 염소, 황산염 및 탄산염 양이온을 배척(reject)하기 위한 역삼투 시스템에서 효과적인 것으로 밝혀진 폴리아크릴 할라이드와 방향족 폴리 아민의 반응으로부터 준비되는 반투과성 멤브레인이 기재되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,277,344 호에는 질산염과 같은 특정 염을 배척하기 위한 역삼투 시스템에서 효과적인 멤브레인 층들을 준비하는데 있어서 유용한 것으로 밝혀진 폴리머계 물질을 제공하기 위한 방향족 폴리아크릴 할라이드와 이중기능(bifunctional) 방향족 아민의 반응으로부터 준비되는 멤브레인이 기재되어 있다. 본원 발명의 여러 실시예들에서의 멤브레인 층으로서 이용하기에 적합한 여러 멤브레인 및 물질의 준비를 설명하는 많은 기술적 참조문헌들이 당업자에게 공지되어 있다. 또한, 본원 발명의 여러 실시예들에서 멤브레인 층으로서 이용하기에 적합한 멤브레인들이 널리 공지되어 있고 그리고 상업적 제품으로서 널리 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 멤브레인 층이 기능적인 표면 및 비기능적인(unfunctionalized) 표면을 포함한다. 일 실시예에서, 멤브레인 층의 기능적 표면은 멤브레인의 활성 표면을 나타내고 그리고 멤브레인의 비기능적 표면은 멤브레인의 비활성 표면을 나타낸다. 다른 실시예에서, 멤브레인 층의 기능적 표면은 멤브레인의 비활성 표면을 나타내고 그리고 멤브레인의 비기능적 표면은 멤브레인의 활성 표면을 나타낸다. 본원 발명의 여러 실시예들에서, 멤브레인 층의 활성 표면은 통상적으로 공급물 캐리어 층과 접촉하고 그리고 공급 용액 내에 존재하는 하나 또는 그 이상의 용매가 멤브레인을 가로질러 투과물 캐리어 층으로 전달되는 것을 방지 또는 지연시키는 역할을 한다.
본원 명세서에서 사용된 바와 같이, "접촉하지 않는다"는 문구는 "직접 접촉"하지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 다층 멤브레인 조립체, 또는 멤브레인 스택 조립체 중의 2개의 층은, 그러한 2개의 층이 유체 소통한다는 사실에도 불구하고 그 2개의 층들 사이에 배치된 층이 존재할 때 서로 접촉하지 않게 되는데, 이는 일반적으로 유체가 중간 층을 통해서 하나의 층으로부터 다른 층으로 통과될 것이기 때문이다. 본원 명세서에서 사용되는 바와 같이, "접촉"이라는 문구는 "직접적인 접촉"을 의미한다. 예를 들어, 다층 멤브레인 조립체 또는 멤브레인 스택 조립체 내의 인접 층들은 "접촉" 상태라고 할 수 있을 것이다. 유사하게, 예를 들어 층이 배출 도관의 주위로 권취되는 경우와 같이, 배출 도관의 표면과 터칭(touching)하는 층은 유체가 해당 층으로부터 배출 도관으로 유동할 수만 있다면 그러한 배출 도관과 "접촉"한다고 할 수 있을 것이다. 추가적인 설명으로서, 예를 들어 투과물 배출 도관과 투과물 캐리어 층 사이에 중간 층이 없는 상태로 투과물 캐리어 층이 투과물 배출 도관 주위로 권취될 때와 같이, 투과물 캐리어 층이 투과물 배출 도관과 직접적으로 접촉할 때 투과물 캐리어 층이 투과물 배출 도관과 접촉한다고 할 수 있을 것이다. 유사하게, 예를 들어 투과물 캐리어 층이 투과물 배출 도관과 직접적으로 접촉할 때 그리고 투과물 캐리어 층이 멤브레인 층에 의해서 공급물 캐리어 층으로부터 분리되었을 때와 같은 경우에, 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과 접촉하지 않는다고 할 수 있을 것이다. 일반적으로, 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과의 접촉 지점을 가지지 않는다.
일 실시예에서, 다층 멤브레인 조립체는 중앙 코어 요소 주위에 방사상으로 배치된다. 본원 명세서에서 사용되는 바와 같이, "방사상으로 배치된"이라는 문구는 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 멤브레인 층, 및 적어도 2개의 투과물 캐리어 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분이 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소 주위로 멤브레인 층들 내에 접힘부나 주름이 생성되는 것을 제한하는 방식으로 권취된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 접힘부나 주름에 의해서 변형되는 멤브레인 층의 범위가 클 수록, 멤브레인의 활성 표면에 대한 손상 가능성, 멤브레인 기능의 손실 가능성, 및 멤브레인 무결성(integrity)에 대한 손상 가능성이 높아지기 쉽다. 종래의 분리기 조립체는 멤브레인 층 내에 복수의 접힘부를 포함하는 접힘이 많은 다층 멤브레인 조립체를 통상적으로 포함한다. 접히지 않은 멤브레인 층이 180도의 평각(straight angle)을 가진다고 가정하면, 접힘이 많은 멤브레인 층은 약 340도 보다 큰 우각(reflex angle)을 특징으로 하는 접힘을 가지는 것으로 설명될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 340도 보다 큰 우각을 특징으로 하는 멤브레인 층 접힘부를 포함하지 않는다. 다른 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 300도 보다 큰 우각을 특징으로 하는 멤브레인 층 접힘부를 포함하지 않는다. 또 다른 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 270도 보다 큰 우각을 특징으로 하는 멤브레인 층 접힘부를 포함하지 않는다.
일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 물로부터 염을 분리하기 위한 염 분리기 조립체로서 사용될 수 있을 것이다. 공급 용액은, 예를 들어, 해수 또는 염분을 포함하는 물일 수 있다. 통상적으로, 분리기 조립체는 원통형 하우징 내에 수용되고, 그러한 하우징은 분리기 조립체의 단부에서만 공급 용액과 공급물 캐리어 층 사이의 초기 접촉을 허용한다. 이는 예를 들어 하나 또는 그 이상의 가스켓으로 원통형 하우징 내에서 분리기 조립체를 고정함으로써 통상적으로 달성되며, 상기 가스켓은 공급 용액이 공급물 표면 이외에서 분리기 조립체의 표면과 접촉하는 것을 방지한다. 이러한 개념을 설명하기 위해서, 분리기 조립체는 πr2 의 표면적을 각각 가지는 제 1 표면 및 제 2 표면 그리고 2πrh 의 표면적을 가지는 제 3 표면을 가지는 원통으로 간주될 수 있을 것이고, 이때 "r"은 분리기 조립체에 의해서 규정되는 원통의 반경이고, "h"는 원통의 높이이다. 분리기 조립체는 여러 가지 수단에 의해서 원통형 하우징 내로 편안하게 장착되게(fit snugly) 제조될 수 있으며, 그에 따라 일 단부로부터 원통형 하우징으로 유입되는 공급 용액이 분리기 조립체의 단지 제 1 표면("공급물 표면")과 만나고 그리고 분리기 조립체를 통과하지 않고 분리기 조립체의 제 2 또는 제 3 표면과 접촉하지 않게 된다. 그에 따라, 공급 용액은 공급물 캐리어 층이 공급 용액과 접촉하는 분리기 조립체의 제 1 표면 상의 지점들에서 분리기 조립체로 유입되고, 멤브레인 스택 조립체의 에지들은 투과물 캐리어 층에 의해서 분리기 조립체의 제 1 표면으로부터 공급 용액이 전달 또는 접촉하는 것을 방지하기 위해서 실링된다. 그에 따라, 공급 용액은 분리기 조립체의 "공급물 표면"(제 1 표면)에서 분리기 조립체로 유입되고 그리고 이러한 통과 동안에 분리기 조립체의 길이(축선)를 따라서 이동하고, 공급 용액은 멤브레인 층과 접촉함으로써 변경되고, 상기 멤브레인 층을 통해서 공급 용액의 일부("투과물")가 통과하고 그리고 투과물 캐리어 층과 접촉한다. 공급 용액이 분리기 조립체의 제 2 표면("응축물 표면"이라고도 한다)에서 "응축물"(또한 염수라고도 한다)로서 방출될 때까지, 공급 용액이 분리기 조립체를 통해서 축방향으로 유동한다고 할 수 있을 것이다. 분리기 조립체를 통한 공급 용액의 유동은 "교차-유동(cross-flow)"이라고도 하며, 그러한 "교차-유동"이라는 용어는 공급 용액의 유동을 언급할 때 "축방향 유동"이라는 용어와 상호 교환하여 사용될 수 있을 것이다. 공급 용액이, 예를 들어 해수가 분리기 조립체의 공급물 표면("제 1 표면") 상의 공급물 캐리어 층과 공급 용액 사이의 초기 접촉 지점으로부터 응축물 표면("제 2 표면")을 향해서 이동할 때, 공급물 캐리어 층 내의 유체 내에 존재하는 염의 농도가 공급물 캐리어 층을 통과하는 공급 용액과 접촉하는 염-배척 멤브레인 층의 작용을 통해서 증대될 것이고, 그리고 응축물 표면에 도달하는 응축물은 공급 용액으로서 사용되는 해수 보다 더 높은 염 농도를 특징으로 할 것이라는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
전술한 염 분리기 조립체의 예를 이용하여, 투과물 배출 도관 및 투과물 캐리어 층의 역할 및 기능에 대해서 설명한다. 그에 따라, 일 실시예에서, 분리기 조립체는 물로부터 염을 분리하기 위한 염 분리기 조립체로서 사용될 수 있을 것이다. 공급 용액, 예를 들어 해수가 가압가능한 하우징에 수용된 원통형 분리기 조립체의 공급물 표면(제 1 표면)과 접촉한다. 투과물 캐리어 층이 공급물 표면으로부터 투과물 배출 도관으로 공급 용액을 전달할 수 없도록 분리기 조립체가 구성된다. 공급 용액이 공급물 캐리어 층을 통과함에 따라, 공급 용액은 공급 용액의 하나 또는 그 이상의 성분을 포함하는 유체를 변화시키고 그리고 투과물 캐리어 층으로 전달하는 염-배척 멤브레인 층과 접촉한다. 염-배척 멤브레인 층에 의해서 전달되는 이러한 유체로서 투과물로 지칭되는 유체가 투과물 배출 도관의 외부와 접촉하는 투과물 캐리어 층의 부분에 도달할 때까지 투과물 캐리어 층을 따라서 통과하고, 여기에서 투과물은 투과물 캐리어 층으로부터 투과물 배출 도관의 내부로 전달된다. 투과물 캐리어 층을 통한 투과물의 유동은 "나선형 유동"이라고 지칭되는데, 이는 투과물이 투과물 캐리어 층에 의해서 규정된 나선형 경로를 따라서 투과물 배출 도관을 향하는 경향이 있기 때문이다. 공급 용액이 변화되고 그리고 염-배척 멤브레인 층에 의해서 투과물 캐리어 층 내로 전달됨에 따라, 멤브레인 층의 염-배척 작용으로 인해서 투과물 내의 염의 농도가 공급 용액에 비해서 감소된다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체가 2개의 투과물 배출 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체가 셋 또는 넷 이상의 투과물 배출 도관을 포함한다. 일 실시예에서, 분리기 조립체는 2 내지 8개의 투과물 배출 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 분리기 조립체는 2 내지 6개의 투과물 배출 도관을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 분리기 조립체는 3 내지 4개의 투과물 배출 도관을 포함한다.
일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 단일 공급물 캐리어 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 복수의 공급물 캐리어 층을 포함한다. 일 실시예에서, 공급물 캐리어 층의 수는 하나의 층으로부터 6개 층까지의 범위가 된다. 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층의 수는 2 내지 5개 층의 범위가 된다. 또 다른 실시예에서, 공급물 캐리어 층의 수는 3개 내지 4개 층의 범위가 된다.
일 실시예에서, 분리기 조립체는 적어도 2개의 투과물 캐리어 층을 포함한다. 일 실시예에서, 투과물 캐리어 층의 수는 2 내지 6개 층의 범위가 된다. 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층의 수는 2 내지 5개 층의 범위가 된다. 또 다른 실시예에서, 투과물 캐리어 층의 수는 3 내지 4개 층의 범위가 된다.
일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체는 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함한다. 일 실시예에서, 멤브레인 층의 수는 2개 층 내지 6개 층의 범위가 된다. 다른 실시예에서, 멤브레인 층의 수는 2개 층 내지 5개 층의 범위가 된다. 또 다른 실시예에서, 멤브레인 층의 수는 3개 층 내지 4개 층의 범위가 된다. 일 실시예에서, 멤브레인 층의 수는 분리기 조립체에 의해서 제공될 필요가 있는 활성 표면 영역에 직접적으로 비례한다.
도 1을 참조하면, 그러한 도 1은 통상적인 분리기 조립체의 성분들 및 그 제조 방법을 도시한다. 종래의 멤브레인 스택 조립체(120)는 접힘형 멤브레인 층(folded membrane layer : MEML)(112)을 포함하고, 이때 공급물 캐리어 층(feed carrier layer : FCL)(116)은 접힘형 멤브레인 층(112)의 2개의 절반체들 사이에 샌드위치된다. 접힘형 멤브레인 층의 활성 측면(도면에 도시되지 않음)이 공급물 캐리어 층(116)과 접촉하도록 접힘형 멤브레인 층(112)이 배치된다. 멤브레인 층(112)의 활성 측면이 멤브레인 층의 "활성 표면"으로 종종 지칭된다. 멤브레인 층(112)의 비활성 측면(도면에 도시되지 않음)이 투과물 캐리어 층(permeate carrier layer : PCL)(110)과 접촉하도록 접힘형 멤브레인 층(112)이 투과물 캐리어 층(110)에 의해서 봉입된다. 멤브레인 층(112)의 비활성 측면은 멤브레인 층의 "비활성 표면"이라고 종종 지칭된다. 통상적으로, 접착식 실런드(sealant)(도시하지 않음)를 이용하여 공급물 캐리어 층을 투과물 캐리어 층으로부터 격리시키고 그리고 공급 용액(도시하지 않음)과 투과물 캐리어 층이 직접 접촉하는 것을 방지한다. 각각의 투과물 층(110)이 투과물 배출 도관(118)과 접촉하는 공통의 투과물 캐리어 층(111)과 연결되는 복수의 멤브레인 스택 조립체(120)가, 예를 들어 투과물 배출 도관(118)을 방향(112)을 따라 회전시킴으로써, 투과물 배출 도관(118) 주위에 권취되고, 그리고 결과적으로 권취된 구조물이 적절하게 실링되어 통상적인 분리기 조립체를 제공한다. 투과물 배출 도관은 투과물 배출 도관 채널(119)과 공통 투과물 캐리어 층(111) 사이의 유체 소통을 허용하기 위한 개구부(113)를 포함한다. 멤브레인 스택 조립체들이 투과물 배출 도관(118) 주위로 권취됨에 따라, 접힘형 멤브레인 층(112)에 의해서 형성되는 우각이 360도에 접근한다.
도 2를 참조하면, 도 2a는 본원 발명의 실시예에 따른 2개의 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231), 및 중앙 코어 요소의 외부에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 2 부분(232)의 중간 지점(200)에서의 단면을 도시한다. 이러한 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분은 중앙 코어 요소의 투과물 배출 도관(118)들을 분리한다. 멤브레인 스택 조립체(120)는 2개의 투과물 캐리어 층(110), 2개의 멤브레인 층(112), 및 단일 공급물 캐리어 층(116)을 포함한다. 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소의 방향(222)을 따른 회전은 본원 발명의 실시예에 따른 도 2b에 도시된 부분적으로 권취된 구조물(240)을 제공한다. 부분적으로 권취된 구조물(240)은 방향(222)을 따른 180도 회전을 통해서 도 2a에 도시된 조립체의 중앙 코어 요소를 회전시킴으로써 얻어진다. 중앙 코어 요소 주위로 권취된 멤브레인 스택 조립체(120)의 해당 부분(제 2 부분(232))은 완성된 분리기 조립체의 다층 멤브레인 조립체가 된다. 분리기 조립체(300)(도 3 참조)는 중앙 코어 요소 주위로 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 완전히 권취하고 그리고 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 고정함으로써 얻어진다.
도 3을 참조하면, 본원 발명의 실시예에 따른 분리기 조립체(300)의 중간 지점에서의 단면을 도시한다. 분리기 조립체(300)는 2개의 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함하며, 각각의 투과물 배출 도관(118)은 내부 채널(119)을 형성한다. 분리기 조립체(300)는 하나의 공급물 캐리어 층(116), 2개의 투과물 캐리어 층(110), 및 2개의 멤브레인 층(112)을 포함하는 멤브레인 스택 조립체(120)(도 2)를 포함하며, 상기 멤브레인 층(112)은 공급물 캐리어 층(116)과 투과물 캐리어 층(110) 사이에 배치된다. 중앙 코어 요소의 투과물 배출 도관(118)은 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분(231)(도 2a)에 의해서 분리된다. 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분(232)(도 2a)은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성한다. 도 3은 공급물 캐리어 층이 투과물 배출 도관 또는 투과물 캐리어 층과 접촉하지 않는다는 것을 도시한다. 멤브레인 스택 조립체(120)의 단부는 실링 부분(316)과 함께 고정된다. 실링 부분(316)은 최외측 투과물 캐리어 층을 2개의 인접한 멤브레인 층(112)에 실링하는 실런트(통상적으로, 경화성 아교)의 횡방향 라인이며, 상기 횡방향 라인은 분리기 조립체(300)의 길이를 따라서 연장한다. 도 3에 도시된 분리기 조립체(300)의 "제 3 표면"이 테입(340) 내에 둘러싸인다. 도 3에 도시된 분리기 조립체(300)에서, 투과물 캐리어 층(110)의 최내측 단부를 투과물 배출 도관(118)에 고정하는 접착제 라인(325)이 특징화되어 있다. 투과물 캐리어 층 또는 멤브레인 층에 의한 분리기 조립체(300)의 공급물 표면(도 4 참조)으로부터의 공급 용액 전달은 투과물 캐리어 층 및 멤브레인 층의 에지 부근에 도포된 실런트의 존재에 의해서 방지될 수 있을 것이다. 통상적으로, 실런트는 멤브레인 층(112)의 비활성 표면에 도포되며, 인접한 투과물 캐리어 층과 접촉되었을 때, 실런트는 투과물 캐리어 층의 에지로 침투하고 실링한다. 실런트는 멤브레인 층의 활성 표면을 통해서는 통상적으로 투과되지 않고 그에 따라 공급물 캐리어 층(116) 또는 멤브레인 층(112)의 활성 표면(도시하지 않음)과 접촉하지 않게 된다. 아교 및/또는 양면 테입과 같은 여러 가지 접착 실런트를 이용하여 다층 멤브레인 조립체의 단부들을 서로 고정할 수 있을 것이고(실링 부분(316)), 투과물 캐리어 층들을 투과 배출 도관에 고정할 수 있을 것이며(횡방향 실런트 라인(325)), 투과물 캐리어 층 및 멤브레인 층의 에지들을 분리기 조립체의 응축물 표면 및 공급물 표면에서 서로에 대해서 고정할 수 있을 것이다(도 5 참조, 방법 단계(505), 에지 실런트 요소(526)). 또한, 도 3에는 분리기 조립체(300)와 다층 멤브레인 조립체의 최외측 층 사이의, 그리고 투과물 배출 도관의 부분들과 다층 멤브레인 조립체 사이의 갭(328)들이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 갭들은 본원 발명에 의해서 제공된 분리기 조립체의 여러 실시예들에서 제시되지 않았다는 것을 주지하여야 할 것이고, 그리고 도 3에 도시된 갭(328)의 크기는 이러한 설명을 위해서 과장되었다는 것을 주지하여야 할 것이다. 갭을 갭 실런트(326)로 충진함으로써 분리기 조립체에 제공된 임의 갭(328)이 제거될 수 있을 것이다. 갭 실런트(326)는 경화성 실런트, 접착 실런트 등을 포함한다.
도 4를 참조하면, 도 4a는 본원 발명의 실시예에 따른 나선형 유동 역삼투압 장치(400)의 측면도를 도시한다. 나선형 유동 역삼투압 장치(400)는 가스켓(406)에 의해서 가압가능한 하우징(405) 내에 고정되는 분리기 조립체(300)를 포함한다. 가스켓(406)은 또한 분리기 조립체(300)의 내부 이외의 수단에 의해서 장치(400)를 통해서 공급 용액이 통과하는 것을 방지한다. 가압가능한 하우징(405)은 분리기 조립체(300)의 공급물 표면(420)으로 공급 용액을 제공하도록 구성된 공급 유입구(410)를 포함한다. 도면부호 '422'는 작동 중에 분리기 조립체(300) 내로의 그리고 분리기 조립체(300)를 통하는 공급 용액(도시하지 않음)의 유동 방향을 나타낸다. 가압가능한 하우징(405)은 커플링 부재(436)를 통해서 분리기 조립체(300)의 중앙 코어 요소(440)의 투과물 배출 도관(118)으로 커플링된 투과물 배출구(438)를 포함한다. 방향 화살표(439)는 작동 중의 투과물 유동 방향을 나타낸다. 응축물(도시하지 않음)은 응축물 표면(425)에서 방향 화살표(426)로 표시된 방향을 따라 분리기 조립체로부터 방출되고 그리고 응축물 배출구(438)를 통해서 가압가능한 하우징(405)을 빠져나오고, 작동 중에 응축물은 방향(429)을 따라 유동한다. 도 4b는 분리기 조립체(300) 내에 존재하는 중앙 코어 요소(440)를 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 실시예에서, 중앙 코어 요소(440)는 투과물 배출 도관(118)으로서의 역할을 하는 2개의 절반체 실린더 형상 튜브(442 및 444)로 이루어진다. 중앙 코어 요소(440)의 일 단부(445)에서, 투과물 배출 도관들이 폐쇄되고 그리고 대향 단부에서 투과물 배출 도관들이 개방된다. 당업자는 투과물 배출 도관(442 및 444)들이 약간 상이한 구조들을 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이고 그에 따라 설명을 위해서 서로 상이한 수로 주어진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 투과물 배출 도관(442)은 중앙 코어 요소(440)의 개방 단부에서 이격부재(spacer) 요소(446)를 포함하는 한편, 투과물 배출 도관(444)은 중앙 코어 요소(440)의 폐쇄 단부(445)에서 이격부재 요소(447)를 포함한다. 이격부재 요소(446 및 447)는 공동(450)을 형성하고, 상기 공동은 도 2a에 도시된 바와 같이 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231)을 수용한다. 투과물 배출 도관(442 및 447)의 각각은 개구부(113)를 포함하고, 상기 개구부를 통해서 투과물이 투과물 캐리어 층과 접촉하는 투과물 배출 도관의 표면으로부터 투과물 배출 도관의 내부(119)로 통과할 수 있게 될 것이다. 중앙 코어 요소(440)의 투과물 배출 도관이 단부(445)에서 막히기(blocked) 때문에, 투과물 배출 도관을 통한 투과물의 유동이 방향(449)을 따라서 단일방향(unidirectional)이 된다.
도 5를 참조하면, 도 3에 도시된 분리기 조립체(300)를 제조하기 위한 본원 발명의 실시예에 따른 방법(500)이 도시되어 있다. 제 1 방법 단계(501)에서, 투과물 배출 도관(118)을 제공함으로써 그리고 투과물 배출 도관의 길이를 따라 연장하는 라인(325)을 따라서 아교 비드(bead of glue)(도시하지 않음)를 도포하고 그 후에 라인(325)을 따른 경화되지 않은 아교와 접촉되게 투과물 캐리어 층(110)을 배치하고 그리고 경화시켜 도시된 제 1 중간 조립체를 제공함으로써, 제 1 중간 조립체가 형성된다. 방법 단계(501)를 반복하여 단계(501)에서 도시된 것과 동일한 두번째의 제 1 중간 조립체를 제공한다. "투과물 배출 도관의 길이"라고 지칭되는 투과물 배출 도관의 부분은 투과물 캐리어 층의 폭에 상응하고 그리고 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성되는 투과물 배출 도관의 부분에 상응한다. 이러한 예로부터 그리고 본원 명세서의 다른 부분으로부터 명확하게 인식될 수 있는 바와 같이, 투과물 배출 도관의 길이는 통상적으로 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성된 투과물 배출 도관의 해당 부분의 길이 보다 길다. 그리고 통상적으로, 투과물 배출 도관은 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체 내에서 그러한 투과물 배출 도관 주위에 배치되는 다층 멤브레인 조립체 보다 길다. 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성되는 투과물 배출 도관의 해당 부분이, 예를 들어 도 4에서 요소(113)로 도시된 것과 같이 예를 들어 개구부를 구비함으로써, 다공성을 가진다. 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성되지 않은 투과물 배출 도관의 해당 부분은 도 10의 '1001'로 표시된 부분과 요소(714)와 같은 개구부 및 유동 제어 배플과 관련한 것을 제외하고 다공성을 가지지 않을 것이다. 본원 발명의 특정 실시예에서, 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성되지 않은 투과물 배출 도관의 해당 부분은 다공성을 가지지 않는다.
제 2의 방법 단계(502)에서, 제 2의 중간 조립체가 준비된다. 활성 표면(도시하지 않음) 및 비활성 표면(도시하지 않음)을 가지는 멤브레인 층(112)이 방법 단계(501)의 제 1 중간 조립체와 접촉하도록 배치되며, 그에 따라 멤브레인 층(112)의 비활성 표면(도시하지 않음)이 투과물 캐리어 층(110)과 접촉한다. 멤브레인 층(112)이 투과물 배출 도관(118)에 의해서 양분되도록, 그러나 투과물 배출 도관(118)과 접촉하지는 않도록, 멤브레인 층(112)이 배치된다.
제 3의 방법 단계(503)에서, 제 3의 중간 조립체가 형성된다. 그에 따라, 공급물 캐리어 층(116)이 방법 단계(502)에서 도시된 제 2의 중간 조립체로 인가되고, 그에 따라 공급물 캐리어 층이 멤브레인 층(112)의 활성 표면(도시하지 않음)과 접촉하고 그리고 그와 함께 연장한다(coextensive).
제 4의 방법 단계(504)에서, 제 4의 중간 조립체가 형성된다. 그에 따라, 제 2의 멤브레인 층(112)이 제 3의 중간 조립체에 부가되고 그리고 공급물 캐리어 층(116)과 접촉하도록 배치되며, 그에 따라 멤브레인 층의 활성 표면(도시하지 않음)이 공급물 캐리어 층(116)과 접촉하고 그리고 제 2 멤브레인 층이 공급물 캐리어 층과 함께 연장한다.
제 5의 방법 단계(505)에서, 제 5 중간 조립체가 형성된다. 방법 단계(501)에서 도시된 바와 같이 제 1 중간 조립체가 방법 단계(504)에서 도시된 제 4의 중간 조립체에 결합된다. 방법 단계(505)에서 도시된 제 5의 중간 조립체는 2개의 멤브레인 층(112) 및 2개의 투과물 캐리어 층 사이에 배치된 하나의 공급물 캐리어 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체(120)를 특징으로 한다. 방법 단계(505)에 도시된 제 5의 중간 조립체는 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소(440) 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 부분, 및 중앙 코어 요소의 외부에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 2 부분을 도시한다.
제 6의 방법 단계(506)에서, 에지 실런트(526)가 투과물 캐리어 층과 접촉하는 멤브레인 층(112)의 각 에지를 따른 길이방향 라인으로 도포되어 제 6의 중간 조립체를 제공한다. 에지 실런트는 멤브레인 층의 비활성 표면(도시하지 않음)에 도포된다. 에지 실런트는 그 에지의 전체 길이를 따라서 인접한 투과물 캐리어 층을 침투한다.
제 7의 방법 단계(507)에서, 제 6의 중간 조립체의 자유(free) 부분들(또한, 멤브레인 스택 조립체의 "제 2 부분"이라고도 한다)은 에지 실런트(526)의 경화에 앞서서 중앙 코어 요소(440) 주위로 권취된다. 중앙 코어 요소의 주위로 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 권취하는 것은 에지 실런트가 경화되지 않은 상태 중에 실시되며, 그에 따라 권취 프로세스 동안에 멤브레인 스택 조립체의 층들의 표면들이 어느 정도의 운동 자유로를 가지게 된다. 일 실시예에서, 에지 실런트(526)는 권취 단계의 일부로서 도포된다. 방법 단계(507)에 도시된 구조(제 7의 중간 조립체)는 방법 단계(506)에 도시된 구조를 중앙 코어 요소를 180도 회전시킨 후의 상태로 보여준다. 분리기 조립체(300)의 준비는 중앙 코어 요소(440)를 방향(222)으로 회전시킴으로써 그에 따라 중앙 코어 요소의 주위로 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 권취하여 권취 조립체를 형성함으로써, 이어서 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 고정함으로써 완성된다. 권취된 조립체에 존재하는 멤브레인 스택 조립체의 단부들은 여러 가지 방법으로 고정될 수 있을 것이고, 예를 들어 분리기 조립체에 의해서 형성되는 실린더의 "제 3 표면"을 테입으로 둘러싸는 것에 의해서, 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 O-링으로 고정하는 것에 의해서, 멤브레인 스택 조립체의 단부들에 실런트를 도포하는 것 등에 의해서 고정될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 멤브레인 스택 조립체의 권취된 제 2 부분을 다층 멤브레인 조립체라고 지칭한다. 이러한 다층 멤브레인 조립체는 투과 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소 주위에 배치될 수 있을 것이다. 에지 실런트(526)의 경화는 분리기 조립체의 응축물 표면과 공급물 표면 모두에서 멤브레인 층(112)과 투과물 캐리어 층의 에지들을 효과적으로 실링하고, 그리고 공급물 캐리어 층(116)에 의한 경우를 제외하고 공급물 표면으로부터 유체가 전달되는 것을 차단한다.
도 5c를 참조하면, 본원 발명의 분리기 조립체의 준비 중에 중앙 코어 요소(440) 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)를 사시도로서 도시하는 구조물(508)이 도시되어 있다. 구조물(508)은 방법 단계(506)에 도시된 제 6의 중간 조립체에 상응한다. 경화성 에지 실런트(526)가 멤브레인 층(112)의 비활성 표면 상의 각각의 길이방향 에지(총 4개의 그러한 에지가 있다)를 따라서 그리고 투과물 캐리어 층(110)과 접촉하여 배치되는 것으로 도시되어 있다. 중앙 코어 요소(440)가 방향(222)을 따라 회전되어 권취된 구조물을 제공한다. 권취된 구조물 내에 존재하는 멤브레인 스택 조립체의 자유 단부들은 멤브레인 층의 비활성 표면에서 횡방향 에지들(총 2개의 그러한 에지가 있다)을 따라서 부가적인 에지 실런트(526)를 도포함으로써 고정된다. 도 5c에 도시된 중앙 코어 요소(440)는 도 4b에 도시된 것과 동일하다.
도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 나선형 유동 역삼투압 장치(400)를 제조하기 위한 본원 발명의 실시예에 따라서 사용되는 가압가능한 하우징(405)을 도시한다. 가압가능한 하우징(405)은 가압가능한 하우징의 착탈가능한 제 1 부분(601) 및 가압가능한 하우징의 착탈가능한 제 2 부분(602)을 포함한다. 제 1 및 제 2 부분(601 및 602)은 그 부분들(601 및 602)을 고정하기 위한 나사부(603) 및 상기 나사부(603)에 상보적인 나사부(604)에 의해서 결합될 수 있다. 가압가능한 하우징의 착탈가능한 제 1 부분을 가압가능한 하우징의 착탈가능한 제 2 부분에 고정하기 위한 다른 수단에는 스냅(snap) 결합 요소, 아교, 테입핑, 클램핑 등과 같은 수단을 이용하는 것이 포함될 것이다.
도 7을 참조하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 투과물 배출 도관(118)이 도시되어 있다. 투과물 배출 도관(118)은 채널 차단 요소(712)에 의해서 일 단부가 차단된 채널(119)을 형성한다. 또한, 투과물 배출 도관은 공급물 제어 공동(710), 공급물 제어 배플(714), 이격부재 요소(446 및 447), 투과물 배출 도관(113) 내의 개구부 및 o-링을 고정하도록 구성된 홈(716)을 형성한다. 일 실시예에서, 2개의 투과물 배출 도관(118)은 중앙 코어 요소를 제공하며, 그러한 중앙 코어 요소 내로 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 부분이 배치된다. 투과물 배출 도관(118)들이 결합되어, 제 1 투과물 배출 도관(118)의 이격부재 요소(446 및 447)가 제 2 투과물 배출 도관(118)의 이격부재 요소(446 및 447)와 정렬된다. 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 2 부분이 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소 주위로 권취된다. 일 실시예에서, 투과물 캐리어 층과 접촉하도록 구성된 투과물 배출 도관(118)의 해당 부분이 개구부(113)를 포함하는 투과물 배출 도관의 섹션 보다 약간 더 길다. 2개의 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체(300)가 가압가능한 하우징(405)내로 삽입될 수 있고(도 6), 그에 따라 공급물 제어 공동(710)이 공급물 유입구(410)에 가장 근접하게 된다. 작동 중에, 공급 용액이 공급물 유입구(410)를 통해서 공급물 제어 공동(710) 내로 도입될 것이다. 공급물 제어 공동이 충진되기 시작함에 따라 과다한 공급물이 공급물 제어 배플(714)로부터 방출되고 그리고 분리기 조립체의 공급물 표면과 접촉한다. 공급물 제어 공동(710)의 목적들 중 하나는, 특히 시동시에, 공급 용액과 공급물 표면 사이의 제어되지 않은 접촉을 방지하는 것이다. o-링들을 고정하도록 구성된 홈(716)이 일 단부에서 투과물 배출 도관들을 결합하는 역할을 할 것이고 또한 분리기 조립체(300)와 커플링 부재(436) 사이의 커플링을 고정하는 역할을 할 것이다(도 4a 참조).
도 8을 참조하면, 도면부호 '800'은 3개의 투과물 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 쌍의 중간 지점에서 도시한 단면을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 멤브레인 스택 조립체(120)는 제 1 부분(801) 및 제 2 부분(802)을 포함한다. 본원 발명의 분리기 조립체는 중앙 코어 요소를 방향(122)으로 회전시켜 권취된 구조물을 제공함으로써, 그리고 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 실링하고 멤브레인 스택 조립체의 단부들 및 에지들에서 사용된 에지 실런트를 경화시킴으로써 제공된다.
도 9를 참조하면, 도면부호 '900'은 4개의 투과물 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소 내에 배치된 멤브레인 스택 조립체(120)의 쌍의 중간 지점에서 도시한 단면을 나타낸다. 본원 발명의 분리기 조립체는 중앙 코어 요소를 방향(122)으로 회전시켜 권취된 구조물을 제공함으로써, 그리고 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 실링하고 멤브레인 스택 조립체의 단부들 및 에지들에서 사용된 에지 실런트를 경화시킴으로써 제공된다.
도 10을 참조하면, 도면부호 '440'은 본원 발명의 중앙 코어 요소를 3차원적으로 도시한 것을 나타낸다. 중앙 코어 요소(440)는 2개의 동일한 투과물 배출 도관(118)을 포함하고 그리고 멤브레인 스택 조립체(120)의 제 1 부분을 수용하는 공동(450)을 형성한다. 중앙 코어 요소(440)의 투과물 배출 도관(118) 성분은, 도 10에 도시된 투과물 배출 도관이 공급물 제어 배플(714)에 인접한 공급물 제어 홀(1001)을 포함한다는 것을 제외하고, 도 7에 도시된 것과 본질적으로 동일하다. 중앙 코어 요소(440)는 차단된 단부(445) 및 개방 단부를 포함하고, 작동시에 상기 개방 단부로부터 투과물이 방향(449)을 따라 방출된다. "차단된 단부"는 투과물 배출 도관 채널들의 각각이 차단 요소(712)에 의해서 차단된다는 것을 의미하며, 그에 따라 투과물이 차단 단부의 반대쪽 단부에서만 투과물 배출 도관을 빠져나갈 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 각각의 투과물 배출 도관은 공급물 제어 공동(710)을 포함한다. 또한, 투과물 캐리어 층(110)이 도 10에 도시된 바와 같이 구성된 투과물 배출 도관(118) 주위에 배치될 수 있고, 그에 따라 투과물이 공급물 제어 공동(710) 내로 도입되지 않는다.
도 11a를 참조하면, 본원 발명의 중앙 코어 요소(440)가 3차원적으로 도시되어 있다. 중앙 코어 요소는 도 10에 도시된 것과 동일하다. 도 11b는 도 11a의 중앙 코어 요소의 측면도이다. 도 11c는 도 11a의 중앙 코어 요소의 "개방 단부"를 확대하여 도시한 도면이다.
일 실시예에서, 본원 발명은 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소를 포함하고, 그리고 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 염-배척 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하는 염 분리기 장치를 제공하며, 상기 염-배척 멤브레인 층은 공급물 캐리어 층과 투과물 캐리어 층 사이에 배치된다. 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분은 중앙 코어 요소 내에 배치되고 그리고 투과물 배출 도관들을 서로로부터 분리한다. 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성한다. 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관들 중 어느 것과도 접촉하지 않고 그리고 투과물 캐리어 층과 접촉하지 않는다. 투과물 캐리어 층들은 각각 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉한다.
일 실시예에서, 본원 발명에 의해서 제공되는 염 분리기 조립체는 중앙 코어 요소의 주위로 방사상으로 배치되는 다층 멤브레인 조립체를 포함한다. 다른 실시예에서, 본원 발명은 기능적인 표면 및 비기능적인 표면을 구비하는 염-배척 멤브레인 층을 포함하는 염 분리기 조립체를 제공한다. 일 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 또는 그 이상의 투과물 배출 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 또는 그 이상의 투과물 캐리어 층을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 염 분리기 조립체는 복수의 공급물 캐리어 층을 포함하고, 그리고 다른 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 또는 그 이상의 염-배척 멤브레인 층을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본원 발명은 (a) 가압가능한 하우징 및 (b) 분리기 조립체를 포함하는 나선형 유동 역삼투압 멤브레인 장치를 제공한다. 분리기 조립체는 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하고, 상기 공급물 캐리어 층은 2개의 멤브레인 층들 사이에 배치된다. 공급물 캐리어 층은 투과물 캐리어 층과 접촉하지 않는다. 또한, 분리기 조립체는 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소를 포함한다. 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분이 투과물 배출 도관들을 분리하도록, 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분이 구성된다. 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성한다. 공급물 캐리어 층은 투과물 배출 도관과 접촉하지 않는다. 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉하고 그리고 공급물 캐리어 층과 접촉하지 않는다. 가압가능한 하우징은 분리기 조립체의 공급물 표면으로 공급 용액을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 공급 유입구를 포함한다. 가압가능한 하우징은 투과물 배출 도관에 커플링된 적어도 하나의 투과물 배출구, 그리고 분리기 조립체의 응축물 표면에 커플링된 적어도 하나의 응축물 배출구를 포함한다. 가압가능한 하우징은 적절한 물질 또는 물질들로 제조될 수 있을 것이다. 예를 들어, 가압가능한 하우징은 폴리머, 스테인리스 스틸, 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 가압가능한 하우징은 투명한 플라스틱 물질로 제조된다. 다른 실시예에서, 가압가능한 하우징은 투명한 무기질 재료, 예를 들어, 유리로 제조된다.
일 실시예에서, 본원 발명은 (a) 가압가능한 하우징 및 (b) 본원 발명에 의해서 제공되는 분리기 조립체를 포함하는 나선형 유동 역삼투압 멤브레인 장치를 제공하며, 이때 다층 멤브레인 조립체는 중앙 코어 요소 주위에 방사상으로 배치된다. 다른 실시예에서, 본원 발명은 (a) 가압가능한 하우징 및 (b) 본원 발명에 의해서 제공되는 복수의 분리기 조립체를 포함하는 나선형 유동 역삼투압 멤브레인 장치를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본원 발명은 분리기 조립체를 제조하는 방법을 제공하며, 그러한 방법은: 적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소를 제공하는 단계; 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 중앙 코어 요소 내에 배치하여, 투과물 배출 도관들이 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되게 하는, 멤브레인 스택 조립체 배치 단계; 그리고 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소의 주위로 방사상으로 배치하고, 그리고 결과적인 권취 조립체를 실링하여 분리기 조립체를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 투과물 배출 도관은 공급물 캐리어 층과 접촉하지 않고, 그리고 상기 공급물 캐리어 층은 투과물 캐리어 층들 중 어느 것과도 접촉하지 않으며, 상기 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉한다.
이러한 예에서, "멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소의 주위로 방사상으로 배치하고, 그리고 결과적인 권취 조립체를 실링하여 분리기 조립체를 제공하는 단계"라는 표현은 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소 주위로 권취하고, 그리고 멤브레인 스택 조립체의 단부들을 실링하는 행동을 나타낸 것이다.
이상의 예들은 단지 예시적인 것이고, 단지 본원 발명의 특징들의 일부를 설명하는 역할을 하는 것이다. 특허청구범위는 본원 발명을 가급적 넓게 청구하기 위한 것이고 그리고 본 명세서에서 제시된 예들은 모든 가능한 실시예들에서 선택된 실시예들을 설명하기 위한 것이다. 따라서, 본 출원인은 본원 발명의 특징들을 설명하기 위해서 이용된 예들의 선택에 의해서 특허청구범위가 제한되지 않는다고 생각한다. 특허청구범위에서 사용된 바와 같이, "포함한다"라는 단어 및 그러한 단어의 문법적인 변형예들은 예를 들어(그러나, 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다), "필수적으로 이루어진" 및 "이루어진"과 같은 여러 가지 다양한 범위의 문구들을 포함한다 할 것이다. 필요한 경우에, 범위가 제공되며, 그러한 범위는 그 사이의 모든 하위-범위를 포함한다. 이러한 범위 내에서의 변동은 당업자들에게 자명할 것이고 명백하게 기술하지 않더라도 그러한 변동은 특허청구범위에 포함될 것이다. 또한, 언어의 불완전성 때문에 현재에는 고려되지 않는 균등물 및 대체물들도 과학 및 기술의 진보로 인해서 추후에 가능해 질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 그러한 변경도 또한 특허청구범위에 포함될 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 분리기 조립체에 있어서,
    적어도 2개의 투과물 배출 도관을 포함하고 그리고 응축물 배출 도관을 포함하지 않는 중앙 코어 요소로서, 상기 투과물 배출 도관은 상기 투과물 배출 도관 사이에서 공동을 형성하는 이격부재 요소를 포함하는, 상기 중앙 코어 요소와,
    적어도 하나의 공급물 캐리어 층, 적어도 2개의 투과물 캐리어 층, 및 적어도 2개의 멤브레인 층을 포함하는 멤브레인 스택 조립체를 포함하고,
    상기 멤브레인 층은 상기 공급물 캐리어 층과 상기 투과물 캐리어 층 사이에 배치되고,
    상기 멤브레인 스택 조립체의 제 1 부분은 상기 이격부재 요소에 의해 형성된 상기 공동 내에 배치되고,
    상기 멤브레인 스택 조립체의 제 2 부분은 상기 중앙 코어 요소 주위에 배치된 다층 멤브레인 조립체를 형성하며,
    상기 공급물 캐리어 층은 상기 투과물 배출 도관과 접촉하지 않고,
    상기 투과물 캐리어 층은 적어도 하나의 투과물 배출 도관과 접촉하는
    분리기 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 멤브레인 조립체가 상기 중앙 코어 요소 주위에 방사상으로 배치되는
    분리기 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리기 조립체가 염 분리기 조립체인
    분리기 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 층이 기능적인 표면 및 비기능적인 표면을 포함하는
    분리기 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    3개 또는 그 이상의 투과물 배출 도관을 포함하는
    분리기 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 공급물 캐리어 층을 포함하는
    분리기 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    3개 또는 그 이상의 투과물 캐리어 층을 포함하는
    분리기 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    3개 또는 그 이상의 멤브레인 층을 포함하는
    분리기 조립체.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8021550B2 (en) * 2008-10-17 2011-09-20 General Electric Company Central core element for a separator assembly
US20100096319A1 (en) * 2008-10-17 2010-04-22 General Electric Company Separator assembly
US8961790B2 (en) 2008-10-17 2015-02-24 General Electric Company Separator assembly
HUE042249T2 (hu) 2009-10-30 2019-06-28 A O Smith China Env Products Co Ltd Feltekert fordított ozmózis membránelem
US9795924B2 (en) 2011-10-31 2017-10-24 General Electric Company Central core element for a separator assembly
GB2499740B (en) * 2013-04-19 2015-09-16 Ide Technologies Ltd Osmosis apparatus
KR101397296B1 (ko) * 2013-12-27 2014-05-22 도레이케미칼 주식회사 정삼투용 또는 압력지연 삼투용 다공성 유출관 및 이를 포함하는 정삼투 또는 압력지연 삼투 모듈
KR102347564B1 (ko) * 2014-05-14 2022-01-07 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 통합된 투과물 흐름 제어기를 갖는 나권형 모듈
EP3403714B1 (en) 2016-01-13 2021-01-27 Foshan Midea Chungho Water Purification Equipment Central tube for filter cartridge and filter device having same
CN105498544B (zh) * 2016-01-13 2019-02-22 佛山市美的清湖净水设备有限公司 用于滤芯的中心管和具有其的过滤装置
CN107684830B (zh) * 2016-08-05 2021-09-10 Bl技术股份有限公司 膜、膜元件及其制备方法
US11077406B2 (en) 2016-08-26 2021-08-03 Foshan Shunde Midea Water Dispenser Mfg. Co., Ltd. Central tube set, spiral wound reverse osmosis membrane component, and reverse osmosis water purifier
CN106237861B (zh) * 2016-09-20 2020-10-13 佛山市美的清湖净水设备有限公司 反渗透膜元件、反渗透膜元件的制备方法和滤芯
WO2020069475A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Henkel IP & Holding GmbH Polypropylene glycol-based pre-polymers for the isocyanate component of a two-component polyurethane adhesive for bonding membranes
CN109126323A (zh) * 2018-10-17 2019-01-04 苏州名列膜材料有限公司 一种气液分离元件、气液分离组件以及气液分离器
CN112159239B (zh) * 2020-09-28 2022-07-15 景德镇陶瓷大学 一种卷式陶瓷膜支撑体的制备方法及其陶瓷膜制品
CN112675712B (zh) * 2020-12-10 2022-07-15 景德镇陶瓷大学 一种卷式陶瓷膜的制备方法和制得的产品以及过滤净水器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034126A (en) 1990-01-29 1991-07-23 The Dow Chemical Company Counter current dual-flow spiral wound dual-pipe membrane separation
US5580452A (en) 1994-12-02 1996-12-03 Lsr Technologies, Inc. Moving liquid membrane modules

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3417870A (en) * 1965-03-22 1968-12-24 Gulf General Atomic Inc Reverse osmosis purification apparatus
US3554378A (en) * 1968-06-28 1971-01-12 North American Rockwell Reverse osmosis module having spirally wrapped reverse osmosis membrane fabric
JPS525431B2 (ko) * 1973-05-14 1977-02-14
US3962095A (en) * 1973-06-22 1976-06-08 Sandoz Ltd. Dialyser cartridge
US3966616A (en) * 1974-11-27 1976-06-29 Desalination Systems, Inc. Membrane cartridge
US4083780A (en) * 1976-07-29 1978-04-11 Envirogenics Systems Company Fluid purification system
JPS53147681A (en) * 1977-05-30 1978-12-22 Nitto Electric Ind Co Ltd Water permeating and collecting material for separator for liquid treatment and separator
JPS54149384A (en) * 1978-05-15 1979-11-22 Nitto Electric Ind Co Ltd Liquid separator
JPS55102903U (ko) * 1979-01-16 1980-07-18
US4950404A (en) * 1989-08-30 1990-08-21 Allied-Signal Inc. High flux semipermeable membranes
JPH06246125A (ja) * 1993-02-22 1994-09-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 気体分離膜モジュール
JP3489922B2 (ja) * 1994-12-22 2004-01-26 日東電工株式会社 高透過性複合逆浸透膜の製造方法
US5858229A (en) * 1996-07-19 1999-01-12 Kurita Water Industries Ltd. Spiral wound type membrane module
US6368507B1 (en) * 1998-10-14 2002-04-09 Saekan Industries Incorporation Composite polyamide reverse osmosis membrane and method of producing the same
JP2001252543A (ja) * 2000-03-10 2001-09-18 Toray Ind Inc 逆浸透複合膜
JP4650921B2 (ja) * 2003-04-03 2011-03-16 日東電工株式会社 スパイラル型分離膜エレメント
DE10335343A1 (de) * 2003-08-01 2005-03-03 Itn Nanovation Gmbh Keramisches Filterelement zur Reinigung von Wasser
JP5050335B2 (ja) * 2005-10-21 2012-10-17 東レ株式会社 複合半透膜の製造方法
US8021550B2 (en) * 2008-10-17 2011-09-20 General Electric Company Central core element for a separator assembly
US20100096319A1 (en) * 2008-10-17 2010-04-22 General Electric Company Separator assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034126A (en) 1990-01-29 1991-07-23 The Dow Chemical Company Counter current dual-flow spiral wound dual-pipe membrane separation
US5580452A (en) 1994-12-02 1996-12-03 Lsr Technologies, Inc. Moving liquid membrane modules

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WO2010044970A1 (en) 2010-04-22
TW201026377A (en) 2010-07-16
EP2352577A1 (en) 2011-08-10

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