KR101655489B1 - 나선형으로 권취된 분리기 조립체용 중앙 코어 요소 - Google Patents
나선형으로 권취된 분리기 조립체용 중앙 코어 요소 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유체의 정제에 유용한 분리기 조립체, 예를 들어, 해수의 제염에 유용한 분리기 조립체를 위한 중앙 코어 요소를 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하고, 각각의 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과, 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 유체 배출 도관의 외측 표면과 배출 채널 사이에 유체 연통을 허용한다. 상기 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체(110, 112, 116)의 제 1 부분을 배치할 수 있는 공동을 한정한다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체 제조시, 막 스택 조립체의 제 2 부분이 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 다층 막 조립체를 형성한다. 나선형 유동의 역삼투압 장치와 염 분리기 조립체를 위한 중앙 코어 요소들이 또한 제공된다.
Description
[관련 출원에 대한 교차 참조]
본 출원은 2008년 10월 17일자 미국특허가출원 제61/106,219호 및 2008년 11월 5일자 미국특허가출원 제61/111,366호를 바탕으로 우선권을 주장하며, 각각의 내용은 본 출원에 참고자료로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 분리기 조립체를 위한 중앙 코어 요소에 관한 실시예들을 포함한다. 다양한 실시예에서, 본 발명은 나선형 유동 분리기 조립체들에 대한 중앙 코어 요소들에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소들을 포함하는 분리기 조립체를 제작하는 방법을 또한 포함한다.
종래의 분리기 조립체들은 일반적으로, 다공질 배출 도관 주위에 배치되는 접힘형 다층 막 조립체(folded multilayer membrane assembly)를 포함한다. 접힘형 다층 막 조립체는 능동 표면 및 수동 표면을 갖는 하나의 막층(membrane layer)의 능동 표면과 연통되는 피드 캐리어층(feed carrier layer)을 포함한다. 접힘형 다층 막 조립체는 다공질 배출 도관 및 막층의 수동 표면과 접촉하는 투과액 캐리어층을 또한 포함한다. 접힘형 막층 구조는, 피드 캐리어층이 투과액 캐리어층 또는 다공질 배출 도관과 접촉하지 않게 하면서, 피드 캐리어층과 막층 간의 접촉을 보장한다. 작동 중, 용질을 함유한 피드 용액(feed solution)이 다층 막 구조의 피드 캐리어층과 접촉하게 되고, 상기 피드 캐리어층은 피드 용액을 막층의 능동 표면에 전달하여, 이는 피드 용액의 일부분을 변형하여 투과액 캐리어층에 투과액으로 전달한다. 피드 용액은 막층의 능동 표면에서 용질 결합을 파괴하고, 다층 막 조립체로부터 과량의 용질을 내보내는 기능을 또한 수행한다. 투과액은 투과액 캐리어층을 통과하여, 투과액을 수집하는 다공질 배출 도관으로 전달된다. 접힘형 다층 막 조립체들을 포함하는 분리기 조립체들은 역삼투법, 한외여과법, 정밀여과법 등 다양한 유체 정제 프로세스에 사용되고 있다.
접힘형 다층 막 조립체들은 능동 표면 및 수동 표면을 갖는 막의 능동 표면을 피드 캐리어층의 두 표면과 접촉하게 함으로써 제작될 수 있는데, 이때, 막층은 피드 캐리어층을 둘러싸는 포켓-형 구조를 생성하도록 접힌다. 막층의 수동 표면은 하나 이상의 투과액 캐리어층과 접촉하게 되어 막 스택 조립체(membrane stack assembly)를 생성하게 되고, 피드 캐리어층과 하나 이상의 투과액 캐리어층 사이에 접힘형 막층이 배치된다. 그후, 각각의 막 스택 조립체가 적어도 하나의 공통 투과액 캐리어층과 접촉하는 상태에서, 복수의 이러한 막 스택 조립체들이 공통 투과액 캐리어층과 접촉하도록 종래의 다공질 배출 도관 주위로 권취되어, 다층 막 조립체와 다공질 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체를 제공하게 된다. 막 스택 조립체들의 에지들은 적절히 밀폐되어, 투과액 캐리어층과 피드 용액의 직접적인 접촉을 방지하게 된다. 접힘형 다층 막 조립체를 포함하는 중대한 약점의 분리기 조립체들은, 막층의 접힘으로 인해 막 기능 손실이 나타나고, 따라서, 피드 용액과 투과액 캐리어층 사이에 제어 불가능한 접촉이 나타난다.
따라서, 하나 이상의 다층 막 조립체를 포함하는 분리기 조립체의 설계 및 제작에 추가적인 개선사항이 요구된다. 특히, 사람이 사용하기 위한 정수 영역에서, 효율적이면서도 가격 경쟁력 있는 더욱 견고하고 신뢰가능한 분리기 조립체가 지속적으로 요구되고 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 분리기 조립체용 중앙 코어 요소를 제공하며, 상기 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 상기 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 다공질 배출 도관의 외측 표면과 상기 배출 채널 사이에서 유체 연통을 허용한다. 더욱이, 상기 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성되는 공동을 한정한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 분리기 조립체용 중앙 코어 요소를 제공하며, 상기 중앙 코어 요소는 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 상기 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 다공질 배출 도관의 외측 표면과 상기 배출 채널 사이에서 유체 연통을 허용한다. 더욱이, 상기 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성되는 공동을 한정한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 분리기 조립체용 중앙 코어 요소를 제공하며, 상기 중앙 코어 요소는 2개의 동일한 쿼터-원통형 형상의 다공질 배출 도관을 포함하고, 각각의 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 상기 다공질 배출 도관의 외측 표면과 상기 배출 채널 사이에 유체 연통을 허용하고, 각각의 다공질 배출 도관은 2개의 스페이서 요소들을 포함하며, 상기 스페이서 요소들은 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성되는 공동을 한정한다.
본 발명의 이와 같은, 그리고 그외 다른 특징, 형태, 장점들이 다음의 상세한 설명을 참조하여 더욱 쉽게 이해될 수 있다.
본 발명의 다양한 특징, 형태, 장점들은, 유사한 특징들이 유사한 부분으로 표현될 수 있는 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래의 분리기 조립체의 구성요소들 및 그 조립 방법의 도면,
도 2는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치되는 막 스택 조립체의 도면,
도 3은 본 발명의 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 도면,
도 4는 본 발명에 의해 제공되는 나선형 역삼투 장치 및 구성요소 중앙 코어 요소의 도면,
도 5는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 이용하여 분리기 조립체를 제작하는 방법의 도면,
도 6은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체와 연계하여 사용될 수 있는 가압형 하우징의 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공질 배출 도관의 도면,
도 8은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치된 막 스택 조립체들의 도면,
도 9는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치된 막 스택 조합체들의 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면.
도 2는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치되는 막 스택 조립체의 도면,
도 3은 본 발명의 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 도면,
도 4는 본 발명에 의해 제공되는 나선형 역삼투 장치 및 구성요소 중앙 코어 요소의 도면,
도 5는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 이용하여 분리기 조립체를 제작하는 방법의 도면,
도 6은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체와 연계하여 사용될 수 있는 가압형 하우징의 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공질 배출 도관의 도면,
도 8은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치된 막 스택 조립체들의 도면,
도 9는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치된 막 스택 조합체들의 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 코어 요소의 도면.
다음 명세서 및 청구범위에서, 다수의 용어들을 참조할 것이며, 이들은 다음과 같은 의미를 갖는 것으로 규정될 것이다.
단수 형태인 "하나", "한개", "한가지" 등은 그렇지 않다고 특별히 언급하지 않는 한, 복수의 지시대상을 포함한다.
"선택적인" 또는 "선택적으로"라는 용어는 이어지는 이벤트나 상황이 발생할 수도 있고 발생하지 않을 수도 있으며, 이벤트가 발생하는 사례와 이벤트가 발생하지 않는 사례를 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 개략적인 용어는, 관련된 기본 기능의 변화를 나타내지 않으면서 바뀔 수 있는 임의의 정량적 표시사항을 수정하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약", "실질적으로"와 같은 용어들에 의해 수정되는 값은 명시된 정확한 값으로 제한되어서는 안된다. 적어도 일부 사례에서, 이러한 개략적 용어는 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 대응할 수 있다. 명세서 및 청구범위에서, 범위 제한사항들이 조합되거나 교환될 수 있고, 이러한 범위들이 식별되고, 이러한 범위들은 그렇지 않다고 특별히 언급하지 않는 한 해당되는 모든 서브범위들을 포괄한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 분리기 조립체를 위한 중앙 코어 요소를 제공하며, 상기 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 상기 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과 하나 이상의 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 다공질 배출 도관의 외측 표면과 배출 채널 사이에서 유체를 통과시키고, 상기 중앙 코어 요소는 공동을 한정하며, 상기 공동은 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성된다.
막 스택 조립체를 포함하는 분리기 조립체의 다공질 배출 도관은 다공질 배출 도관이 접촉하고 있는 막 스택 조립체의 층에 따라, 투과액 배출 도관일 수도 있고 농축물(concentrate) 배출 도관일 수도 있다. (중간에 삽입된) 개입 막층을 통과하지 않으면서 특정 층으로부터 다공질 배출 도관으로 유체의 전달이 이루어지도록 상기 층이 구성될 때 상기 층이 다공질 배출 도관과 "접촉"한다. 투과액이 투과액 캐리어층으로부터 투과액 배출 도관으로 통과할 수 있도록 투과액 배출 도관이 투과액 캐리어층 표면(또는, 일부 실시예에서, 막층 표면)과 접촉한다. 농축물이 피드 캐리어층으로부터 농축물 배출 도관으로 통과할 수 있도록 농축물 배출 도관이 피드 캐리어층과 반드시 접촉하여야 한다. 각각의 다공질 배출 도관은 일반적으로 분리기 조립체의 길이를 따라 연장되는 다공질 도관이지만, 분리기 조립체의 길이를 따라 연장되는 원통형 구조일 수도 있고, 원통형 구조가 아닐 수도 있는, 예를 들어, 종방향 그루브 구조와 같은 다른 구조도 다공질 배출 도관이라는 용어의 의미 내에 포함될 수 있다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소의 다공질 배출 도관으로 기능할 수 있는 적절한 다공질 관들은, 천공 금속관, 천공 플라스틱관, 천공 세라믹관, 등을 포함한다. 일 실시예에서, 다공질 배출 도관은 구멍이 뚫리지는 않았으나, 유체가 투과액 캐리어층이나 피드 캐리어층으로부터 다공질 배출 도관 내로 통과할 수 있도록 충분한 투과성을 가진다. 투과액 캐리어층으로부터 다공질 배출 도관 내로 통과하는 유체는 가끔씩 "투과액"(permeate)이라고 호칭하고, 다공질 배출 도관은 투과액 배출 도관이라 호칭한다. 피드 캐리어층으로부터 다공질 배출 도관 내로 통과하는 유체는 가끔씩 "농축물"(간단히 "소금물"(brine)이라고도 함)이라고 하며, 다공질 배출 도관은 농축물 배출 도관이라 불린다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하며, 각각의 다공질 배출 도관은 다공질 반-원통형(half cylinder) 형상의 관이다. 대안의 실시예에서, 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 각각의 다공질 배출 도관은 다공질 반-팔각형 형상의 관이다. 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 각각의 다공질 배출 도관은 다공질 반-십면체 형상의 관이다. 또 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 투과액 배출 도관을 포함하고, 각각의 투과액 배출 도관은 다공질 반-십사면체 형상의 관이다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하고, 그 중 적어도 하나는 다공질 물방울 형상의 관이다. 다공질 배출 도관은 중앙 코어 요소 내에서 각각의 발생시, 동일한 형상을 가질 수도 있고, 서로 다른 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소는 동일한 중앙 코어 요소 내에 존재하는 다른 다공질 배출 도관과는 다른 형상을 갖는 적어도 하나의 다공질 배출 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 중앙 코어 요소 내에 존재하는 모든 다공질 배출 도관이 동일한 형상을 가진다.
"다층 막 조립체"라는 용어는 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 막 스택 조립체의 제 2 부분을 말한다. 여기서 개시되는 도 2는 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231) 및 제 2 부분(232)을 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시되는 실시예에서, 다층 막 조립체는 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 제 2 부분(232)을 포함한다. 다층 막 조립체는 하나의 피드 캐리어층(116)과, 2개의 투과액 캐리어층(110), 그리고, 2개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하는 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 2개의 막층(112)을 포함하며, 이들은 투과액 캐리어층(110)과 접촉하고 있기 때문에 투과액 배출 도관으로 기능한다. 도 3에 도시되는 분리기 조립체(300)는 농축물 배출 도관을 포함하지 않는다.
본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체들은 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231)(도 2)을 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 내에 배치함으로써, 그리고, 중앙 코어 요소 주위로 막 스택 조립체의 제 2 부분(232)(도 2)을 권취함으로써 제조될 수 있다. 여기서 상세하게 개시되는 바와 같이, 막 스택 조립체와, 막 스택 조립체를 중앙 코어 요소 내에 배치하는 구조에 따르면, 중앙 코어 요소 주위로 막 스택 조립체를 감아서 권취된 구조를 제공한 후 막 스택 조립체의 자유 단부들을 고정하여, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 다층 막 조립체를 포함하는 분리기 조립체를 얻게 된다. 당업자라면 일부 사례에서의 막 스택 조립체와 다층 막 조립체 사이의 긴밀한 관계를 이해할 수 있을 것이고, 막 스택 조립체가 다층 막 조립체의 선구체임을 이해할 수 있을 것이다. 막 스택 조립체를 "권취되지 않은" 상태로, 그리고 다층 막 조립체를 "권취된" 상태로 이해하면 편리하다. 그러나, 다층 막 조립체가 중앙 코어 요소 내에 배치되는 하나 이상의 막 스택 조립체들의 "권취된" 형태로 제한되는 것은 아니며, 왜냐하면, 중앙 코어 요소 주위로 막 스택 조립체의 제 2 부분을 배치하는 다른 수단도 가용할 수 있기 때문이다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체는, 중앙 코어 요소 주위로 반경 방향으로 배치되는 하나 이상의 막 스택 조립체들의 제 2 부분을 포함하는 다층 막 조립체를 포함할 수 있어서, 다층 막 조립체의 구성요소 막층들이 접힘 또는 주름으로부터 자유롭다. 다양한 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 고유 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체는 종래의 분리기 조립체의 대응하는 투과액 캐리어층 유동 경로 길이보다 훨씬 짧은 투과액 캐리어층 유동 경로 길이의 특징을 가진다. 투과액 캐리어층 유동 경로의 길이는 분리기 조립체에 대한 압력 강하의 크기에 영향을 미치는 중요한 인자다. 따라서, 본 발명에 의해 제공되는 여러 장점들 중 하나는 유용한 작동 조건들의 선택 범위가 넓다는 것이다. 본 발명은 일반적으로 분리기 조립체들의 제작 비용 및 용이성 측면에서 상당한 장점들을 또한 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체를 수용하도록 구성되는 공동을 한정한다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 제작 중, 막 스택 조립체의 제 1 부분이 중앙 코어 요소 내에 배치되고, 동일한 막 스택 조립체의 제 2 부분이 중앙 코어 요소 주위로 권취되어 다층 막 조립체를 구성한다. 막 스택 조립체와 다층 막 조립체 모두가 적어도 하나의 피드 캐리어층을 포함한다. 피드 캐리어층으로 사용하기 적절한 물질들은, 피드 용액이 통과할 수 있는 가요성 시트와 같은 물질을 포함한다. 소정의 실시예에서, 피드 캐리어층을 통한 피드 용액 유동이 피드 캐리어층이 피드 용액과 접촉하는 분리기 조립체의 제 1 표면("피드 표면") 상의 지점들로부터 분리기 조립체의 축을 따라 이루어지고, 농축물이 피드 캐리어층으로부터 나타나는 분리기 조립체의 제 2 표면("농축물 표면")에서 종료되도록, 피드 캐리어층이 구성된다. 피드 캐리어층은 막 표면에서 과량의 용질 축적(누적, 부착)을 방지하는 수단으로 피드 캐리어층과 접촉하는 막층의 표면에서 난류를 촉진시키는 구조물들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 피드 캐리어층은 천공 플라스틱 시트로 구성된다. 다른 실시예에서, 피드 캐리어층은 천공 금속 시트로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 피드 캐리어층은 천공 복합 물질을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 피드 캐리어층은 플라스틱 직물이다. 또 다른 실시예에서, 피드 캐리어층은 플라스틱 스크린이다. 피드 캐리어층은 투과액 캐리어층과 같은 물질로 구성될 수도 있고, 투과액 캐리어층에 사용되는 물질과는 다른 물질로 구성될 수도 있다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체들의 소정의 실시예에서, 피드 캐리어층은 분리기 조립체의 배출 도관과 접촉하지 않는다.
소정의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 다층 막 조립체 및 막 스택 조립체는, 단일의 투과액 캐리어층을 포함한다. 대안의 실시예에서, 막 스택 조립체 및 다층 막 조립체는 적어도 2개의 투과액 캐리어층을 포함한다. 투과액 캐리어층으로 사용하기에 적절한 물질들은, 투과액이 통과할 수 있는 가요성 시트와 같은 물질들을 포함한다. 다양한 실시예에서, 투과액 캐리어층은, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 작동 중, 투과액 캐리어층을 따라 적어도 2개의 투과액 배출 도관 중 하나까지 나선 경로로 투과액이 이동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 투과액 캐리어층은 천공 플라스틱 시트로 구성된다. 다른 실시예에서, 투과액 캐리어층은 천공 금속 시트로 구성된다. 또 다른 실시예에서, 투과액 캐리어층은 다공질 복합 재료를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 투과액 캐리어층은 플라스틱 직물이다. 또 다른 실시예에서, 투과액 캐리어층은 플라스틱 스크린이다. 복수의 투과액 캐리어층들을 포함하는 분리기 조립체들에서, 투과액 캐리어층들은 동일한 물질로, 또는 서로 다른 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 하나의 투과액 캐리어층은 플라스틱 직물일 수 있고, 다른 투과액 캐리어층은 울 직물과 같은 천연 물질일 수 있다. 추가적으로, 단일 투과액 캐리어층은 투과액 캐리어층을 통한 투과액 유동 경로를 따라 서로 다른 위치에서 서로 다른 물질들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은, 투과액 캐리어층의 일부분이 폴리에틸렌 직물이고 투과액 캐리어층의 다른 부분이 폴리프로필렌 직물인, 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용가능한 중앙 코어 요소를 제공한다.
소정의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 단일 막층을 포함하는 분리기 조립체에 사용될 수 있다. 소정의 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 막층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용될 수 있다. 막과, 막층으로 사용하기에 적합한 물질들은, 당 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,277,344호는 나트륨, 마그네슘, 칼슘 양이온과, 염소, 황산염, 탄산염 음이온을 거부하는 것을 지향하는 역삼투압 시스템에서 효과적인 것으로 발견된 폴리아실핼라이드와 방향족 폴리아민의 반응으로부터 제조되는 반투과성 막을 개시한다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,277,344호는 질산염과 같은 소정의 염을 거부하는 것을 지향하는 역삼투압 시스템에서 효과적인 막층들의 제조에 유용하다고 발견된 폴리머 물질을 제공하기 위해 이작용기 방향족 아민과 방향족 폴리아실핼라이드의 반응으로부터 제조되는 막을 개시한다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체들의 막층으로 사용하기에 적절한 물질 및 다양한 막의 제조를 설명하는 많은 기술적 문헌들이 당업자들에게 잘 알려져 있다. 추가적으로, 본 발명의 중앙 코어 요소들을 포함하는 분리기 조립체들의 다양한 실시예에서 막층으로 사용하기에 적절한 막들은 잘 알려져 있고 쉽게 구할 수 있는 품목이다.
일 실시예에서, 막층들 중 적어도 하나는 기능화된 표면과 기능화되지 않은 표면을 포함한다. 일 실시예에서, 막층의 기능화된 표면은 막의 능동 표면을 나타내고, 막층의 기능화되지 않은 표면은 막의 수동 표면을 나타낸다. 대안의 실시예에서, 막층의 기능화된 표면은 막의 수동 표면을 나타내고, 막층의 기능화되지 않은 표면은 막의 능동 표면을 나타낸다. 다양한 실시예에서, 막층의 능동 표면은 일반적으로 피드 캐리어층과 접촉하고, 막 사이에서 피드 용액에 존재하는 하나 이상의 용질들을 투과액 캐리어층으로 전달하는 것을 방지하거나 지연하는 기능을 한다.
"접촉하지 않는다"는 표현은 "직접 접촉 상태"가 아님을 의미한다. 예를 들어, 다층 막 조립체, 또는, 막 스택 조립체의 2개의 층들은, 일반적으로 유체가 한 층으로부터 다른 층으로 개입층을 통해 통과할 수 있기 때문에, 2개의 층이 연통됨에도 불구하고, 2개의 층들 사이에서 개입층이 존재할 때 서로 접촉하지 않는다. "접촉한다"는 표현은 "직접 접촉 상태"임을 의미한다. 예를 들어, 막 스택 조립체, 또는 다층 막 조립체의 인접한 층들은 "접촉 상태"에 있다고 언급된다. 마찬가지로, 예를 들어, 한 층이 다공질 배출 도관 주위로 권취되어 있을 때와 같은 경우에 다공질 배출 도관의 표면에 닿아 있는 층은, 유체가 한 층으로부터 다공질 배출 도관 내로 통과할 경우, 다공질 배출 도관과 "접촉한다"고 언급된다. 추가적인 설명으로서, 예를 들어, 투과액 캐리어층이 투과액 배출 도관 주위로 권취되어 있고 투과액 배출 도관과 투과액 캐리어층 사이에 어떤 개입층도 없을 경우에, 투과액 캐리어층이 투과액 배출 도관과 직접 접촉할 때 투과액 캐리어층은 투과액 배출 도관과 접촉한다고 언급된다. 마찬가지로, 예를 들어, 투과액 캐리어층이 투과액 배출 도관과 직접 접촉하고 있고 투과액 캐리어층이 막층에 의해 피드 캐리어층으로부터 이격되어 있을 경우에, 피드 캐리어층이 투과액 배출 도관과 접촉하지 않는다고 언급된다. 일반적으로, 피드 캐리어층은 투과액 배출 도관과 어떤 접촉점도 가지지 않는다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 다층 막 조립체가 중앙 코어 요소 주위로 반경 방향으로 배치되는 분리기 조립체에 이용될 수 있다. "반경 방향으로 배치된다"는 것은, 적어도 하나의 피드 캐리어층, 적어도 하나의 막층, 그리고 적어도 하나의 투과액 캐리어층을 포함하는 막 스택 조립체의 제 2 부분이, 막층 내 접힘이나 주름 생성을 제한하는 방식으로 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소 주위로 권취된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 막층이 접힘 또는 주름에 의해 변형되는 정도가 클수록, 막의 능동 표면에 대한 손상 가능성, 막 기능의 손실, 그리고 막의 일체성(membrane integrity)이 커진다. 종래의 중앙 코어 요소들을 포함하는 종래의 분리기 조립체들은 일반적으로, 막층에 복수의 접힘부들을 포함하는 고도로 접힌 다층 막 조립체를 포함한다. 접히지 않은 막층이 180도 직선 각도를 나타낸다고 가정할 경우, 고도로 접힌 막층은 약 340도보다 큰 반사각을 갖는 접힘부를 갖는 것으로 설명될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 340도보다 큰 반사각을 갖는 어떤 막층 접힘부도 지니지 않는 분리기 조립체를 제조하는 데 사용될 수 있다. 대안의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 300도보다 큰 반사각을 갖는 어떤 막층 접힘부들도 지니지 않는 분리기 조립체를 제조하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 270도보다 큰 반사각을 갖는 어떤 막층 접힘부들도 지니지 않는 분리기 조립체를 제조하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 물(예를 들어, 해수, 또는 소금물)로부터 염을 분리시키기 위한 염 분리기 조립체를 제조하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 분리기 조립체는, "피드 표면"이라 불리는 분리기 조립체의 한 면에서만 피드 캐리어층과 피드 용액 사이의 초기 접촉을 허용하는 원통형 하우징 내에 구성된다. 이는, 예를 들어, 하나 이상의 가스켓으로, 원통형 하우징 내에 분리기 조립체를 고정함으로써 일반적으로 달성되며, 이러한 가스켓은 피드 표면과는 다른 분리기 조립체의 표면들과 피드 용액의 접촉을 방지한다. 이러한 개념을 설명하기 위해, 분리기 조립체는 πr2의 표면적을 각각 갖는 제 1 표면 및 제 2 표면과, 2πrh의 표면적을 갖는 제 3 표면을 갖는 원통부로 생각할 수 있고, 이때, "r"은 원통부의 반경, "h"는 원통부의 길이이다. 분리기 조립체는 일 단부로부터 원통형 하우징에 유입되는 피드 용액이, 분리기 조립체를 통과하지 않으면서 분리기 조립체의 제 1 표면과만 만나고 분리기 조립체의 제 2 표면 또는 제 3 표면과는 접촉하지 않도록, 다양한 수단에 의해 원통형 하우징 내로 알맞게 끼워맞춰지도록 구성될 수 있다. 따라서, 피드 용액은 분리기 조립체의 제 1 표면 상의 지점에서 분리기 조립체에 유입되며, 이때, 피드 캐리어층이 피드 용액과 접촉하고, 막 스택 조립체의 에지들은 밀폐되어 투과액 캐리어층에 의해 분리기 조립체의 제 1 표면으로부터 피드 용액이 접촉 및 전달되는 것을 방지하게 된다. 일 실시예에서, 피드 용액은 분리기 조립체의 제 1 표면에서 분리기 조립체에 유입되고, 분리기 조립체의 길이(축)를 따라 이동하며, 그동안 피드 용액이 막층과의 접촉에 의해 변형되고, 상기 막층을 피드 용액의 일부분이 통과하여 투과액 캐리어층과 접촉한다. 피드 용액은 분리기 조립체의 제 2 표면("농축물 표면")에서 "농축물"(소금이라고도 함)로 나타날 때까지 분리기 조립체를 통해 축방향으로 유동한다고 언급된다. 분리기 조립체를 통한 이러한 타입의 피드 용액 유동은, 직교류(cross-flow)라 불리며, "직교류"라는 용어는 피드 용액의 유동을 언급할 때 "축류"(axial flow)와 마찬가지 의미로 사용될 수 있다. 대안의 실시예에서, 피드 용액은 제 3 표면을 통해 분리기 조립체에 유입되고, 이 경우에 제 3 표면이 "피드 표면"으로 불린다. 일반적으로, 피드 용액이 이러한 제 3 표면을 통해 분리기 조립체 내로 유입될 때, 피드 캐리어층을 통한 유체 용액의 유동 및 투과액 캐리어층을 통한 투과액 유동이, 각각 농축물 배출 도관 및 투과액 배출 도관을 향해 내측으로 나선 경로를 따라 이루어진다. 당업자라면, 예를 들어, 해수와 같은 피드 용액이 농축물 표면 또는 농축물 배출 도관을 향해 분리기 조립체의 피드 표면 상의 피드 캐리어층을 이용하여 피드 용액 사이의 초기 접촉점으로부터 이동함에 따라, 피드 캐리어층 내 유체에 존재하는 염의 농도가, 피드 캐리어층을 통과하는 유체 용액과 접촉하는 염-거부 막층의 작용을 통해 증가한다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 농축물 표면 또는 농축물 배출 도관에 도달하는 농축물이 피드 용액으로 사용되는 해수보다 높은 농도의 염을 가질 것임을 이해할 수 있을 것이다.
투과액 배출 도관 및 투과액 캐리어층의 역할 및 기능이 앞서 염 분리기 조립체의 예를 이용하여 설명될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 본 발명의 분리기 조립체가, 물로부터 염을 분리시키기 위해 염 분리기 조립체로 사용될 수 있다. 예를 들어, 해수와 같은 피드 용액이 가압형 하우징 내에 구성된 원통형 분리기 조립체의 피드 표면과 접촉한다. 분리기 조립체는, 투과액 캐리어층이 피드 표면으로부터 투과액 배출 도관까지 피드 용액을 전달할 수 없도록 구성된다. 피드 용액이 피드 캐리어층을 통과함에 따라, 피드 용액은, 피드 용액의 하나 이상의 구성요소들을 포함하는 유체를 변형시켜서 투과액 캐리어층으로 전달하는 염-거부 막층들과 접촉한다. 투과액이라 불리는 염-거부 막층에 의해 전달되는 유체는, 투과액 배출 도관의 외부와 접촉하는 투과액 캐리어층의 일부분에 도달할 때까지, 투과액 캐리어층을 따라 전달되고, 그후, 투과액은 투과액 캐리어층으로부터 투과액 배출 도관 내부로 전달된다. 투과액 캐리어층을 통한 투과액 유동은, 투과액이 투과액 캐리어층에 의해 한정되는 나선 경로를 따라 투과액 배출 도관을 향해 이동하는 경향이 있기 때문에, "나선형 유동"이라 불린다. 당업자라면, 피드 용액이 염-거부 막층에 의해 변형되어 투과액 캐리어층 내로 전달되기 때문에, 투과액 내 염의 농도가 막층의 염-거부 작용으로 인해 피드 용액에 비해 감소된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 단일 투과액 배출 도관 및 단일 농축물 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 대안의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 투과액 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 농축물 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 3개 이상의 다공질 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 2개 내지 8개의 다공질 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 2개 내지 6개의 다공질 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 3개 내지 4개의 다공질 배출 도관을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 단일의 피드 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 대안의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 복수의 피드 캐리어층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 피드 캐리어층들의 수가 한개 층 내지 6개 층의 범위 내에 있는 분리기 조립체에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 피드 캐리어층들의 수가 2개 층 내지 5개 층의 범위 내에 있는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 피드 캐리어층의 수가 3개 층 내지 4개 층의 범위 내에 있는 분리기 조립체에 사용된다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 단일 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 2개 내지 6개의 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 2개 내지 5개의 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조리비체에 사용된다. 또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는 3개 내지 4개의 투과액 캐리어층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 단일 막층을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 대안의 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 적어도 2개의 막층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 2개 내지 6개의 막층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 2개 내지 5개의 막층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 또 다른 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소는, 3개 내지 5개의 막층들을 포함하는 분리기 조립체에 사용된다. 막층들의 수는 본 발명의 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체에 의해 제공되도록 요구되는 능동 표면적에 직접 비례할 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 분리기 조립체의 구성요소들 및 분리기 조립체의 제작 방법을 나타낸다. 종래의 막 스택 조립체(120)는, 접힌 막층(112)의 두 절반 사이에 피드 캐리어층(116)이 삽입되는 접힌 막층(112)을 포함한다. 접힌 막층(112)은, 접힌 막층의 능동 측부(도면에 도시되지 않음)가 피드 캐리어층(116)과 접촉하도록 배치된다. 막층(112)의 능동 측부는 막층의 "능동 표면"이라 불리기도 한다. 접힌 막층(112)은 투과액 캐리어층(110)으로 둘러싸여서, 막층(112)의 수동 측부(도면에 도시되지 않음)가 투과액 캐리어층(110)과 접촉하게 된다. 막층(112)의 수동 측부는 막층의 "수동 표면"이라고도 불린다. 일반적으로, 접착 밀폐제(adhesive sealant)를 이용하여, 투과액 캐리어층으로부터 피드 캐리어층을 분리시키고 피드 용액(도시되지 않음)과 투과액 캐리어층 사이에서의 직접 접촉을 방지하게 된다. 각각의 투과액 캐리어층(110)이 종래의 투과액 배출 도관(118)과 접촉하는 공통 투과액 캐리어층(111)에 연결되는, 복수의 막 스택 조립체(120)는, 예를 들어, 방향(122)으로 투과액 배출 도관(118)을 회전시킴으로써, 투과액 배출 도관(118) 주위로 권취되고, 결과적인 권취된 구조는 적절히 밀페되어 종래의 분리기 조립체를 제공하게 된다. 종래의 투과액 배출 도관(118)은 투과액 배출 도관 채널(119)과 공통 투과액 캐리어층(111) 사이에서의 연통을 위한 개구부(113)를 포함한다. 막 스택 조립체들이 투과액 배출 도관(118) 주위로 권취되기 때문에, 접힌 막층(112)에 의해 한정되는 반사각은 360도에 근사한다.
도 2를 참조하면, 도 2a는 2개의 다공질 배출 도관(180)(투과액 캐리어층(110)과 직접 접촉하기 때문에 '투과액 배출 도관'이라고도 함)들을 포함하는 중앙 코어 요소 내에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231)과, 중앙 코어 요소 외부에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 제 2 부분(232)의 중간점(200)에서의 단면도다. 막 스택 조립체의 제 1 부분(231)은 중앙 코어 요소의 다공질 배출 도관(투과액 배출 도관(118))(18)을 분리시킨다. 도 2에 도시되는 막 스택 조립체(120)는 2개의 투과액 캐리어층(110)과, 2개의 막층(112)과, 단일의 피드 캐리어층(116)을 포함한다. 다공질 배출 도관(18)을 포함하는 중앙 코어 요소를 방향(222)으로 회전시킴으로써, 도 2b에 도시되는 부분적으로 권취된 구조(240)를 제공할 수 있다. 부분적으로 권취된 구조(240)는 도 2b에 도시되는 조립체의 중앙 코어 요소를 180도 회전을 통해 방향(222)으로 회전시킴으로써 얻어진다. 중앙 코어 요소 주위로 권취되는 막 스택 조립체(120)의 해당 부분(제 2 부분(232))은 완성된 분리기 조립체의 다층 막 조립체가 된다. 분리기 조립체(300)(도 3)는 중앙 코어 요소 주위로 막 스택 조립체의 제 2 부분을 완전히 권취함으로써, 그리고 막 스택 조립체의 단부들을 고정함으로써, 얻어진다. 도 3에서, 다공질 배출 도관이 투과액 캐리어층(110)과 직접 접촉하기 때문에, 다공질 배출 도관이 투과액 배출 도관(118)으로 표시됨을 주목하여야 한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체(300)의 중간점에서의 단면도를 도시한다. 분리기 조립체(300)는 2개의 투과액 배출 도관(118)들을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함하고, 각각의 투과액 배출 도관(118)은 배출 채널(119)이라고도 불리는 내부 채널(119)을 한정한다. 도 3에 도시되는 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체(120)(도 2)의 제 1 부분을 수용하는 공동을 한정하는 것으로 도시된다. 막 스택 조립체는 하나의 피드 캐리어층(116)과, 2개의 투과액 캐리어층(110)과, 2개의 막층(112)을 포함하고, 막층(112)들은 피드 캐리어층(116)과 투과액 캐리어층(110) 사이에 배치된다. 중앙 코어 요소의 투과액 배출 도관(118)이 막 스택 조립체의 제 1 부분(231)(도 2a)에 의해 분리된다. 막 스택 조립체의 제 2 부분(232)(도 2a)은 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 다층 막 조립체를 형성한다. 도 3은 피드 캐리어층이 투과액 배출 도관 또는 투과액 캐리어층과 접촉하지 않는다는 것을 명확하게 도시한다. 막 스택 조립체(120)의 단부들은 밀폐부(sealing portion)(316)를 이용하여 고정된다. 밀폐부(316)는 최외측 투과액 캐리어층을 인접한 2개의 막층(112)까지 밀폐시키는 밀폐제(일반적으로 경화성 아교)의 횡라인이고, 상기 횡라인들은 분리기 조립체(300)의 길이를 따라 연장된다. 도 3에 도시되는 분리기 조립체(300)의 "제 3 표면"은 테이프(340)로 둘러싸인다. 도 3에 도시되는 분리기 조립체(300)에는, 투과액 캐리어층(110)들의 최내측 단부들을 투과액 배출 도관(118)에 고정시키는 횡방향 밀폐제 라인(325)들이 또한 위치한다. 분리기 조립체(300)의 피드 표면(도 4 참조)으로부터 투과액 캐리어층이나 막층에 의해 피드 용액을 전달하는 것은, 막층 및 투과액 캐리어층의 에지 근처에 도포되는 밀폐제의 존재에 의해 방지될 수 있다. 일반적으로, 인접한 투과액 캐리어층과 접촉할 때, 밀폐제가 투과하게 되는 막층(112)의 수동 표면에 밀폐제가 도포되어, 투과액 캐리어층의 에지를 밀폐시킨다. 밀폐제는 막층의 능동 표면을 일반적으로 투과하지 않으며, 따라서, 막층(112) 또는 피드 캐리어층(116)의 능동 표면과 접촉하지 않는다. 아교 및/또는 양면 테이프와 같은 다양한 접착 밀폐제를 이용하여, 다층 막 조립체의 단부들을 서로(밀폐부(316)) 고정시킬 수 있고, 투과액 캐리어층을 투과액 배출 도관(횡방향 밀폐 라인(325))에 고정시킬 수 있으며, 분리기 조립체의 피드 표면 및 농축물 표면에서 막층 및 투과액 캐리어층의 에지들을 서로 고정시킬 수 있다(도 5 참조, 방법 단계 505, 에지 밀폐 요소(526)). 도 3에서는 분리기 조립체(300)의 외면과 다층 막 조립체의 최외측층 사이에, 그리고, 투과액 배출 도관과 다층 막 조립체 사이에, 갭(328)을 도시하고 있다. 도 3에 도시되는 갭들은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체들의 다양한 실시예들에서 존재하는 것이 아니며, 도 3에 도시되는 갭(328)들의 크기는 이러한 설명을 위해 과장되게 제시된 것임에 주목하여야 한다. 분리기 조립체에 존재하는 임의의 갭(328)들은 갭 밀폐제(326)로 갭을 충전함으로써 제거될 수 있다. 갭 밀폐제(326)는 경화성 밀폐제, 접착형 밀폐제 등을 포함한다.
도 4를 참조하면, 도 4a는 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440)를 포함하고, 그리고, 도 3에 도시되는 분리기 조립체(300)를 포함하는 나선형 유동의 역삼투압 장치(400)의 측면도이다. 나선형 유동의 역삼투압 장치(400)는 가압형 하우징(405) 내에 가스켓(406)에 의해 고정되는 분리기 조립체(300)를 포함한다. 가스켓(406)은 분리기 조립체(300)의 내부와는 다른 수단을 이용하여 장치(400)를 통한 피드 용액의 통과를 또한 방지한다. 가압형 하우징(405)은 분리기 조립체(300)의 피드 표면(420)("제 1 표면")에 피드 용액을 제공하도록 구성되는 피드 유입구(feed inlet)(410)를 포함한다. 도면번호가 부여된 요소(422)들은 작동 중 분리기 조립체(300) 내로의 피드 용액(도시되지 않음)의 유동 방향을 나타낸다. 가압형 하우징(405)은 연결 부재(436)를 통해 분리기 조립체(300)의 중앙 코어 요소(440)의 투과액 배출 도관(118)에 연결되는 투과액 배출 출구(438)를 포함한다. 방향 화살표(439)는 작동 중 투과액 흐름 방향을 표시한다. 농축물(도시되지 않음)은 방향 화살표(426)로 표시되는 방향으로 농축물 표면(425)에서 분리기 조립체로부터 나타나며, 농축물 배출 출구(428)를 통해 가압형 하우징(405)을 빠져나오며, 상기 농축물은 작동 중 방향(429)으로 유동한다. 도 4b는 분리기 조립체(300)에 존재하는, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440)의 사시도다. 도 4b에 도시되는 실시예에서, 중앙 코어 요소(440)는 분리기 조립체(300)의 투과액 배출 도관(118)으로 기능하는 2개의 반-원통형 형상의 관(442, 444)으로 구성된다. 중앙 코어 요소(440)의 일 단부(445)에서 투과액 배출 도관은 닫히고, 대향 단부에서 투과액 배출 도관은 열린다(본 공개 내용의 여러 부분에서, 다공질 배출 도관의 닫힌 단부가 요소(445)로 표시된다). 당업자라면, 투과액 배출 도관(442, 444)들이 서로 약간 다른 구조를 가지며, 따라서, 본 설명을 위해 서로 다른 도면번호가 부여되었음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 투과액 배출 도관(442)은 중앙 코어 요소(440)의 열린 단부에서 스페이서 요소(446)를 포함하고, 투과액 배출 도관(444)은 중앙 코어 요소(440)의 닫힌 단부(445)에서 스페이서 요소(447)를 포함한다. 스페이서 요소(446, 447)들은 도 2A에 도시되는 바와 같이, 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분(231)에 수용되는 공동(450)을 한정한다. 각각의 투과액 배출 도관(442, 444)은 투과액 캐리어층과 접촉하는 투과액 배출 도관의 표면으로부터 투과액 배출 도관의 내부(119)(배출 채널) 내로 투과액이 통과하게 되는 개구부(113)들을 포함한다. 중앙 코어 요소(440)의 투과액 배출 도관이 단부(445)에서 차단되기 때문에, 중앙 코어 요소가 도 4a에 도시되는 바와 같이 사용되는 분리기 조립체(300) 내에 구성될 때, 투과액 배출 도관을 통한 투과액의 흐름은 일방향(방향(440))이다.
도 5를 참조하면, 도 5는 도 3에 도시되는 분리기 조립체(300)를 제작하기 위해 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 이용하는 방법(500)을 나타낸다. 제 1 방법 단계 501에서, 다공질 배출 도관(18(118))을 제공한 후 다공질 배출 도관의 길이를 따라 연장되는 라인(325)을 따라 아교 한방울(도시되지 않음)을 도포함으로써, 그리고 그후 투과액 캐리어층(110)을 라인(325)을 따라 경화되지 않은 아교와 접촉하게 배치하고 경화시켜서 도시되는 제 1 중간 조립체를 제공함으로써, 제 1 중간 조립체가 형성된다. 단계 501에서 도시되는 것과 본질적으로 동일한 두번째 "제 1 중간 조립체"를 제공하도록 방법 단계 501이 반복된다. "다공질 배출 도관의 길이"로 불리는 다공질 배출 도관의 일부분은, 투과액 캐리어층의 폭에 대응하고, 투과액 캐리어층과 접촉하도록 구성되는 다공질 배출 도관의 일부분에 대응한다. 본 예로부터, 그리고 본 공개 내용의 다른 부분으로부터 명확하게 제시되는 바와 같이, 다공질 배출 도관의 길이는 투과액 캐리어층과 접촉하도록 구성되는 다공질 배출 도관의 부분의 길이보다 일반적으로 크다. 그리고 통상적으로, 다공질 배출 도관은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체 내에서 다공질 배출 도관 주위에 배치되는 다층 막 조립체보다 길다. 투과액 캐리어층과 접촉하도록 구성되는 다공질 배출 도관의 해당 부분은 도 4에서 요소(113)로 도시되는 것처럼, 개구부 제공에 의해서와 같이, 다공질이다. 투과액 캐리어층과 접촉하도록 구성되지 않은 다공질 배출 도관의 해당 부분은 도 7 및 도 10에서 제시되는 요소(714, 1001)들과 같은 배플 및 개구부과 같은 유동 제어 요소들을 제외하곤 다공질이 아닐 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예에서, 다공질 캐리어층과 접촉하도록 구성되지 않은 다공질 배출 도관의 해당 부분은 다공질이 아니다.
제 2 방법 단계 502에서, 제 2 중간 조립체가 제조된다. 능동 표면(도시되지 않음) 및 수동 표면(도시되지 않음)을 갖는 막층(112)이 방법 단계 501의 제 1 중간 조립체와 접촉하도록 배치되어, 막층(112)의 수동 표면(도시되지 않음)이 투과액 캐리어층(110)과 접촉하게 된다. 막층(112)은 다공질 배출 도관(18(118))에 의해 이등분되도록, 그러나 다공질 배출 도관(18(118))과 접촉하지 않도록 배치된다.
제 3 방법 단계 503에서, 제 3 중간 조립체가 형성된다. 따라서, 방법 단계 502에서 도시된 제 2 중간 조립체에 피드 캐리어층(116)이 부착되어, 피드 캐리어층이 막층(112)의 능동 표면(도시되지 않음)과 접촉하게 되고, 함께 공존하게 된다.
제 4 방법 단계 504에서, 제 4 중간 조립체가 형성된다. 따라서, 제 3 중간 조립체에 제 2 막층(112)이 추가되고, 피드 캐리어층(116)과 접촉하도록 배치되어, 막층의 능동 표면(도시되지 않음)이 피드 캐리어층(116)과 접촉하게 되고, 제 2 막층이 피드 캐리어층과 공존한다.
제 5 방법 단계 505에서, 제 5 중간 조립체가 형성된다. 방법 단계 501에서 도시되는 제 1 중간 조립체가 방법 단계 504에서 도시된 제 4 중간 조립체와 결합된다. 방법 단계 505에서 도시되는 제 5 중간 조립체는 2개의 막층(112)과 2개의 투과액 캐리어층 사이에 배치되는 하나의 피드 캐리어층을 포함하는 막 스택 조립체(120)를 특징으로 한다. 방법 단계 505에서 도시되는 제 5 중간 조립체는 다공질 배출 도관(18(118))을 포함하는 중앙 코어요소 내에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분과, 중앙 코어 요소의 외부에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 제 2 부분을 도시한다.
제 6 방법 단계 506에서, 에지 밀폐제(526)가 투과액 캐리어층과 접촉하는 막층(112)의 각각의 에지를 따라 종방향 라인으로 도포되어, 제 6 중간 조립체를 제공한다. 에지 밀폐제가 막층의 수동 표면(도시되지 않음)에 도포된다. 에지 밀폐제는 에지의 전체 길이를 따라 인접한 투과액 캐리어층을 투과한다.
제 7 방법 단계 507에서, 제 6 중간 조립체의 자유로운 부분들(막 스택 조립체의 "제 2 부분"이라고도 함)이 에지 밀폐제(526)의 경화 이전에 중앙 코어 요소 주위로 권취된다. 막 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소 주위로 권취하는 것은, 에지 밀폐제가 비경화 상태에 있을 때 수행되어, 막 스택 조립체의 층들의 표면이 권취 프로세스 중 약간 자유롭게 움직일 수 있게 한다. 일 실시예에서, 에지 밀폐제(526)가 권취 단계의 일부분으로 도포된다. 방법 단계 507에서 도시되는 구조는 180도를 따라 중앙 코어 요소를 회전시킨 후 방법 단계 506에 도시되는 구조를 도시한다. 분리기 조립체(300)의 제조는, 중앙 코어 요소를 방향(222)으로 회전시켜서 막 스택 조립체의 제 2 부분을 중앙 코어 요소 주위로 권취하여, 권취된 조립체를 형성함으로써, 이어서, 막 스택 조립체의 단부들을 고정시킴으로써, 완료된다. 권취된 조립체에 존재하는 막 스택 조립체의 단부들은, 분리기 조립체에 의해 한정되는 원통형의 제 3 표면을 테이프로 둘러싸고, 막 스택 조립체의 단부들을 O-링으로 고정하며, 막 스택 조립체의 단부들에 밀폐제를 도포하고, 등등의 수단과 같은 다양한 수단에 의해 고정될 수 있다. 막 스택 조립체의 권취된 제 2 부분은 본 실시예에서 다층 막 조립체로 불린다. 이러한 다층 막 조립체는 다공질 배출 도관(18(118))을 포함하는 중앙 코어 요소 주위에 배치된다고 언급된다. 에지 밀폐제(526)의 경화는, 분리기 조립체의 피드 표면(도 4a의 표면(420))과 농축물 표면(도 4a에 도시되는 표면(425))에서 투과액 캐리어층과 막층(112)의 에지를 효과적으로 밀폐시키고, 피드 캐리어층(116)을 이용하는 외에는 피드 표면으로부터 유체 전달을 차단한다.
도 5c를 참조하면, 구조(508)는 분리기 조립체 제조 중 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440) 내에 배치되는 막 스택 조립체(120)의 사시도를 제시한다. 구조(508)는 방법 단계 506에서 도시되는 제 6 중간 조립체에 대응한다. 경화성 에지 밀폐제(526)가, 투과성 캐리어층(110)과 접촉하면서 막층(112)의 수동 표면 상에 각각의 종방향 에지(총 4개의 이러한 에지가 존재)를 따라 배치되는 것으로 도시된다. 중앙 코어 요소(440)는 방향(222)으로 회전하여 권취된 구조를 제공한다. 그후, 권취된 구조에 제시되는 막 스택 조립체의 자유 단부들은, 막층의 수동 표면에서 횡방향 에지(총 2개의 이러한 에지가 존재)를 따라 추가적인 에지 밀폐제(526)를 도포함으로써 고정된다. 중앙 코어 요소(440)는 2개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하고, 각각의 다공질 배출 도관은 배출 채널(119)을 포함한다. 각각의 다공질 배출 도관(18)은 반-원통형 형상의 관을 나타낸다. 스페이서 요소(446)가 다공질 배출 도관(18) 사이에서 공동(450)을 한정한다. 각 다공질 배출 도관 상의 개구부(113)들이 다공질 배출 도관의 외측 표면과 배출 채널 사이에서 연통된다. 상술한 바와 같이, 중앙 코어 요소(440)는 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분을 수용하는 것으로 도시되는 공동(450)을 한정한다(도 5b 참조).
도 6을 참조하면, 도면은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440)를 포함하는 도 4에 도시되는 나선형 유동의 역삼투압 장치(400)를 제작하는 데 사용되는 가압형 하우징(405)을 나타낸다. 가압형 하우징(405)은 가압형 하우징(6010)의 탈착가능한 제 1 부분과, 가압형 하우징(602)의 탈착가능한 제 2 부분을 포함한다. 제 1 부분(601) 및 제 2 부분(602)은 제 1, 2 부분(601, 602)을 고정하기 위한 스레드(threads)(603)와, 상기 스레드(603)에 대해 상보적인 스레드(604)를 이용하여 결합될 수 있다. 가압형 하우징의 탈착가능한 제 1 부분을 가압형 하우징의 탈착가능한 제 2 부분에 고정하는 다른 수단은, 스냅-결합 요소(snap together elements), 아교 접착, 테이핑, 클램핑, 등의 수단의 이용을 포함한다.
도 7을 참조하면, 도면은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공질 배출 도관(18)을 나타낸다. 다공질 배출 도관(18)은 채널 차단 요소(712)에 의해 일 단부에서 차단되는 채널(119)을 한정(포함)한다. 다공질 배출 도관은 피드 제어 공동(710), 피드 제어 배플(714), 스페이서 요소(446, 447), 투과액 배출 도관(113)의 개구부, 그리고, O-링을 고정하도록 구성된 그루브(716)를 또한 한정(포함)한다. 일 실시예에서, 2개의 다공질 배출 도관(18)이 공동(450)을 한정하는 중앙 코어 요소(440)를 제공하고, 상기 공동(450) 내에는 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분이 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 다공질 배출 도관(18)은, 제 1 다공질 배출 도관(18)의 스페이서 요소(446, 447)들이 제 2 다공질 배출 도관(18)의 스페이서 요소(446, 447)들과 함께 정렬되도록, 결합된다. 막 스택 조립체(120)의 제 2 부분은 다공질 배출 도관(18)을 포함하는 중앙 코어 요소 주위로 권취된다. 일 실시예에서, 투과액 캐리어층 또는 피드 캐리어층과 접촉하도록 구성되는 다공질 배출 도관(18)의 해당 부분이 개구부(113)들을 포함하는 다공질 배출 도관의 섹션보다 약간 길다. 2개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체(300)는, 가압형 하우징(405)(도 6) 내로 삽입될 수 있어서, 피드 제어 공동(710)들이 피드 유입구(410)에 가장 가깝게 된다. 작동 중, 피드 용액이 피드 유입구(410)를 통해 피드 제어 공동(710) 내로 유입될 수 있다. 피드 제어 공동이 충전되면, 과량의 피드가 피드 제어 배플(714)로부터 나타나서, 분리기 조립체의 피드 표면과 접촉한다. 피드 제어 공동(710)들의 용도들 중 하나는, 특히 시동시에, 피드 용액과 피드 표면 사이의 제어불가능한 접촉을 방지하는 것이다. O-링들을 고정하도록 구성된 그루브(716)들이 일 단부에서 다공질 배출 도관과 결합하도록 기능하고, 분리기 조립체(300) 및 결합 부재(436)(도 4a 참조) 사이의 결합을 고정시키는 기능도 한다.
도 8을 참조하면, 도면(800)은 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440) 내에 배치되는 쌍을 이룬 막 스택 조립체(120)들의 중간점에서 단면도를 나타내고, 상기 중앙 코어 요소는 3개의 다공질 배출 도관(18)을 포함한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 각각의 다공질 배출 도관은 투과액 배출 도관(118)이다. 도시되는 바와 같이, 막 스택 조립체(120)들은 제 1 부분(801)과 제 2 부분(802)을 포함한다. 방향(222)으로 중앙 코어 요소를 회전시켜서 권취된 구조를 제공함으로써, 그리고 막 스택 조립체들의 단부들을 밀폐시킴으로써, 분리기 조립체가 제공된다.
도 9를 참조하면, 도면(900)은 4개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하는, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소(440) 내에 배치되는 쌍을 이룬 막 스택 조립체(120)들의 중간점에서 사시도를 나타낸다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 각각의 다공질 배출 도관은 투과액 배출 도관(118)이다. 중앙 코어 요소를 방향(222)으로 회전시켜서 권취된 구조를 제공함으로써, 그리고, 막 스택 조립체들의 단부들을 밀폐시키고 막 스택 조립체의 에지 및 단부들 상에 사용되는 에지 밀폐제를 경화시킴으로써, 분리기 조립체가 제공된다.
도 10을 참조하면, 도면(440)은 본 발명의 중앙 코어 요소의 사시도다. 중앙 코어 요소(440)는 2개의 동일한 다공질 배출 도관(18)을 포함하고, 막 스택 조립체(120)의 제 1 부분을 수용할 수 있는 공동(450)을 한정한다. 중앙 코어 요소(440)의 구성요소 다공질 배출 도관(18)은, 도 10에 도시되는 다공질 배출 도관(18)이 피드 제어 배플(714)에 인접하여 위치하는 피드 제어 구멍(1001)을 포함하는 점을 제외하곤, 도 7에 도시되는 것과 본질적으로 동일하다. 중앙 코어 요소(440)는 차단된 단부(445)와 열린 단부를 포함하며, 작동 중 이러한 열린 단부로부터 투과액이나 농축물이 방향(449)으로 나타난다. 일 실시예에서, "차단된 단부"라 함은, 각각의 다공질 배출 도관의 배출 채널(119)이 차단 요소(7120)에 의해 차단되어, 배출 채널에 유입되는 유체가 차단된 단부에 대향된 단부에서만 투과액 배출 도관을 빠져나갈 수 있음을 표시하는데 사용된다. 대안의 실시예에서, "차단된 단부", 또는 "닫힌 단부"는 예를 들어, 피드 제어 공동(710)을 포함하지 않는 다공질 배출 도관의 닫힌 단부(445)를 의미한다. 그러나, 도 10에 도시되는 실시예에서, 각각의 다공질 배출 도관은 피드 제어 공동(710)을 포함한다. 더욱이, 도 10에 도시되는 중앙 코어 요소(440)가 분리기 조립체(300)에 사용될 때, 어떤 투과액도 피드 제어 공동(710)에 유입되지 못하도록 투과액 배출 도관(118)으로 기능하는 임의의 다공질 배출 도관(18) 주위로 투과액 캐리어층(110)이 배치될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 도 11a는 본 발명의 중앙 코어 요소(440)의 사시도를 나타낸다. 중앙 코어 요소는 도 10에 도시된 것과 동일하다. 도 11b는 도 11a의 중앙 코어 요소의 측면도를 나타낸다. 도 11c는 도 11a의 중앙 코어 요소의 "열린 단부"의 확대도를 제공한다.
도 12를 참조하면, 도 12의 (d)는 분리기 조립체에 사용될 수 있는 본 발명의 중앙 코어 요소(440)를 나타낸다. 중앙 코어 요소(440)는 3개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하고, 2개의 다공질 배출 도관(18)은 도 12의 (a)에 도시되는 구조를 가지며, 세번째 다공질 배출 도관은 도 12의 (c)에 도시되는 구조를 가진다. 도 12의 (d)에 의해 제시되는 예의 중앙 코어 요소(440)는 여기서 개시되는 분리기 조립체들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 도 12의 (d)의 중앙 코어 요소(440)를 도시하는 것으로서, 2개의 막 스택 조립체(120)들이 중앙 코어 요소에 의해 한정되는 공동 내에 배치된다. 도 12의 (d)에 도시되는 다공질 배출 도관(18) 중 2개는 배출 채널(119)[도 12의 (a)에 도시되지 않음]과, 투과액 배출 채널(119)과 연통하는 개구부(113)(도시되지 않음)와, 스페이서 요소(446)와, O-링을 고정하도록 구성된 그루브(716)들을 포함하는 변형된 반-원통형[도 12의 (a)]이다. 채널(119)은 본 예에서, 단부(445)에서 닫히는 다공질 배출 도관(18)의 길이를 따라 연장된다. 2개의 다공질 배출 도관(18)이 결합되어 부분적 구조(1210)[도 12의 (b)]를 형성하고, 개구부(113)들과 배출 채널(119)들이 눈에 보이게 된다. 개구부(113)들은 투과액 또는 농축물을 투과액 또는 농축물 캐리어층으로부터 배출 채널(119) 내로 유동하게 한다. 부분적 구조(1210)는 세번째 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (c)]과 2개의 막 스택 조립체(120)(예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 구성되는 막 스택 조립체)를 모두 수용하는 공동(450)을 추가로 한정한다. 세번째 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (c)]은 중간 구조(1210)의 공동(450) 내로 삽입되어, 도 12의 (d)에 도시되는 바와 같이 중앙 코어 요소(440)를 형성할 수 있다. 세번째 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (c)]는 배출 채널(119)을 포함한다. 세번째 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (c)]의 배출 채널(119)을 통한 투과액 또는 농축물의 유동은, 방향(1232)으로 이루어진다[도 12의 (c) 및 (d) 참조]. 도 12에 도시되는 실시예에서, 제 1, 2 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (b)]의 닫힌 단부(445)들은 배출 채널(119)[도 12의 (c)]의 중앙 경로를 이용하는 점을 제외하곤 투과액 또는 농축물이 세번째 다공질 배출 도관을 빠져나가는 것을 방지한다. 상술한 바와 같이, 제 1, 2 다공질 배출 도관(18)[도 12의 (a), (b), (c)]가 단부(445)에서 차단되고, 제 1, 2 다공질 배출 도관에 의해 한정되는 배출 채널(119)들을 통한 투과액 또는 농축물의 유동이 방향(1234)으로 제한된다[도 12의 (b) 및 (d)].
도 13을 참조하면, 도 13a는 분리기 조립체들에 이용될 수 있는 본 발명의 중앙 코어 요소(440)를 나타낸다. 중앙 코어 요소(440)는, 중앙 코어 요소를 포함하는 분리기 조립체의 동작 중, 다공질 배출 도관 중 2개의 배출 채널들을 통한 유동이 한 방향으로 이루어지고 나머지 두 다공질 배출 도관의 배출 채널들을 통한 유동이 대향된 방향으로 이루어지도록 구성되는 4개의 다공질 배출 도관(18)을 포함한다. 도 13a에 도시되는 중앙 코어 요소(440)는 각각 2개의 다공질 배출 도관(18)을 포함하는 2개의 동일한 중앙 코어 요소 구성요소(1300)(도 13b)들을 포함한다. 중앙 코어 요소 구성요소(1300)들은 도 13b에서 2개의 시점으로부터 도시된다. 제 1 시점에서, 중앙 코어 요소 구성요소(1300)는 2개의 다공질 배출 도관(18)의 닫힌 단부(445)들로부터 관찰된다. 중앙 코어 요소 구성요소(1300)를 포함하는 다공질 배출 도관(18)은 "쿼터 원통형"(quarter cylinder) 형상를 취하고, 개구부(113) 및 배출 채널(119)들을 포함한다. 배출 채널(119)들은 차단 부재(1305)에 의해 한정되는 공통 출구 공동(1308)을 공유한다. 도 13b에 도시되는 중앙 코어 요소 구성요소(1300)의 다른 특징들은, O-링을 고정하도록 구성된 그루브(716)들을 포함한다. O-링이 하나의 중앙 코어 요소 구성요소를 서로 고정하는 것으로 표시되는 실시예에서와는 달리, 도 13의 실시예에서는 그루브(716)의 존재에 의해 제시되는 O-링들이 중앙 코어 요소(440)를 분리기 조립체(300)의 다른 구성요소, 예를 들어, 역삼투압 장치의 가압형 하우징의 연결 부재(446)에, 고정하도록 주로 의도된다. 일 실시예에서, 중앙 코어 요소 구성요소(1300)의 다공질 배출 도관(18) 사이의 갭(1309)은 중앙 코어 요소 구성요소의 열린 단부보다 닫힌 단부(445)에서 약간 더 좁다. 이러한 상황 하에서, 중앙 코어 요소 구성요소(1300)의 다공질 배출 도관(18)은 서로를 향해 약간 바이어스된다. 이러한 2개의 중앙 코어 요소 구성요소(1300)들이 함께 연결되어 중앙 코어 요소(440)를 형성할 때, 다공질 배출 도관의 이러한 약간의 바이어스는 O-링같은 추가적인 고정 수단을 필요로 하지 않으면서, 두 중앙 코어 요소 구성요소들을 서로 고정시키는 작용을 한다.
도 13c는 도 13a에 도시되는 중앙 코어 요소(440)를 제작하는 방법(1310)을 도시한다. 첫번째로, 한 쌍의 동일한 중앙 코어 요소 구성요소(1300))들이 제공된다. 제 1 방법 단계 1311에서, 중앙 코어 요소 구성요소(1300)의 닫힌 단부들이 결합된다. 제 2, 3, 4 방법 단계(1312-1314)에서, 중앙 코어 요소 구성요소(1300)들은 중앙 코어 요소(440)를 제공하도록 점진적으로 결합되어, 중앙 코어 요소 구성요소들이 완전히 결합되게 된다.
일 실시예에서, 본 발명은 적어도 2개의 투과액 배출 도관을 포함하되, 농축액 배출 도관은 포함하지 않는 중앙 코어 요소와, 적어도 하나의 피드 캐리어층, 적어도 2개의 투과액 캐리어층, 그리고 적어도 2개의 염-거부 막층들을 포함하는 막 스택 조립체를 포함하는 염 분리기 조립체의 제조에 유용한 중앙 코어 요소를 제공하며, 이때, 염-거부 막층들은 피드 캐리어층과 투과액 캐리어층 사이에 배치된다. 막 스택 조립체의 제 1 부분이 중앙 코어 요소 내에 배치되어, 투과액 배출 도관을 서로로부터 분리시킨다. 막 스택 조립체의 제 2 부분이 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 다층 막 조립체를 형성한다. 피드 캐리어층은 투과액 배출 도관 중 어느 것과도 접촉하지 않으며, 투고액 캐리어층과도 접촉하지 않는다. 투과액 캐리어층들 각각은 투과액 배출 도관 중 적어도 하나와 접촉한다.
일 실시예에서, 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소를 포함하는 염 분리기 조립체는, 중앙 코어 요소의 주위로 반경 방향으로 배치되는 다층 막 조립체를 포함한다. 염 분리기 조립체는 기능화된 표면 및 기능화되지 않은 표면을 갖는 염-거부 막층을 포함한다. 일 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 이상의 다공질 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함한다. 다른 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 이상의 투과액 캐리어층을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 염 분리기 조립체는 복수의 피드 캐리어층을 포함하고, 대안의 실시예에서, 염 분리기 조립체는 3개 이상의 염-거부 막층들을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 (a) 가압형 하우징 및 (b) 분리기 조립체를 포함하는 나선형 유동의 역삼투압 막 장치의 제조에 유용한 중앙 코어 요소를 제공한다. 분리기 조립체는 적어도 하나의 피드 캐리어층과, 적어도 2개의 투과액 캐리어층과, 적어도 2개의 막층을 포함하는 막 스택 조립체를 포함하고, 상기 피드 캐리어층은 2개의 막층들 사이에 배치된다. 피드 캐리어층은 투과액 캐리어층과 접촉하지 않는다. 일 실시예에서, 분리기 조립체는, 농축물 배출 도관을 포함하지 않으면서 적어도 2개의 투과액 배출 도관을 포함하는 중앙 코어 요소를 포함한다. 막 스택 조립체의 제 1 부분은 투과액 배출 도관을 분리시키도록 구성된다. 막 스택 조립체의 제 2 부분은 중앙 코어 요소 주위에 배치되는 다층 막 조립체를 형성한다. 피드 캐리어층은 투과액 배출 도관과 접촉하지 않는다. 투과액 캐리어층들은 투과액 배출 도관 중 적어도 하나와 접촉하며, 피드 캐리어층과 접촉하지 않는다. 가압형 하우징은 분리기 조립체의 피드 표면에 피드 용액을 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 피드 유입구를 포함한다. 가압형 하우징은 투과액 배출 도관에 연결되는 적어도 하나의 투과액 배출 출구와, 분리기 조립체의 농축물 표면에 연결되는 적어도 하나의 농축물 배출 출구를 포함한다. 가압형 하우징은 적절한 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 가압형 하우징은 폴리머, 스테인레스강, 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 가압형 하우징은 투명 플라스틱 물질로 만들어진다. 다른 실시예에서, 가압형 하우징은 투명 무기 물질, 가령, 글래스로 만들어진다.
본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소들은, 예를 들어, 사출 성형, 블로 몰딩(blow molding), 그리고, 챔-쉘 사출 성형(cham-shell injeciton molding), 오버-몰딩, 가스-보조 몰딩과 같은 몰딩 기술, 그리고 당업자에게 잘 알려진 기술들, 등 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 본 발명에 의해 제공되는 중앙 코어 요소들은, 임의의 적절한 물질로 만들어질 수 있으나, 강도 및 저렴한 비용의 조합으로 인해, 폴리에틸렌과 같은 열가소성 수지가 선호될 수 있다.
위 예들은 단지 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 특징들 중 일부만을 설명하는 기능을 한다. 청구범위는 가능한 넓게 본 발명을 청구하는 것을 의도하며, 여기서 제시되는 예들은 가능한 모든 실시예들로부터 선택된 실시예들을 설명하는 것이다. 따라서, 본 출원인의 발명에서는 청구범위가 본 발명의 특정들을 설명하는 데 사용되는 예들의 선택에 의해 제한받지 않는다. 청구범위에서, "포함한다"는 용어는 "실질적으로 구성된다", "구성된다"와 같은, 정도를 달리하는 표현들을 논리적으로 내재하고 포함한다. 필요한 경우에, 범위들이 제시되었으며, 이러한 범위들은 그 사이의 모든 서브범위들을 포함한다. 이러한 범위 내의 변화들은 당업자에게 이러한 변화를 제시할 것이며, 공공에 아직 공개되지 않았을 경우, 이러한 변화는 청구범위에 의해 커버되도록 간주되어야 한다. 과학 및 기술의 진보가 언어의 부정확성을 이유로 아직 고려되지 못한 대등물 및 치환물을 가능하게 만들 것이라 예상되고, 이러한 변화들은 청구범위에 의해 커버된다고 간주되어야 할 것이다.
Claims (20)
- 분리기 조립체용 중앙 코어 요소에 있어서,
상기 중앙 코어 요소는 적어도 2개의 다공질 배출 도관을 포함하며,
상기 다공질 배출 도관은 하나의 배출 채널과 하나 이상의 개구부를 포함하고, 상기 개구부는 상기 다공질 배출 도관의 외측 표면과 상기 배출 채널 사이에 유체 연통을 허용하며,
상기 다공질 배출 도관 중 적어도 하나는 유동 제어 요소를 포함하고,
상기 다공질 배출 도관은, 상기 다공질 배출 도관 사이에서 공동을 형성하는 적어도 1개의 스페이서 요소를 포함하고, 상기 공동은 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성되는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관 중 적어도 하나는 다공질 반-원통형 형상의 관(porous half-cylinder shaped tube)인
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관 중 적어도 하나는 다공질 반-팔각형 형상의 관, 다공질 반-십면체 형상의 관 및 다공질 반-십사면체 형상의 관으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관 모두가 동일한 형상을 갖는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관 중 적어도 2개는 다른 형상을 갖는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
물방울 형상을 갖는 다공질 배출 도관을 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
적어도 3개의 다공질 배출 도관을 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
적어도 4개의 다공질 배출 도관을 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 8 항에 있어서,
4개의 다공질 배출 도관을 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관 중 적어도 하나는 차단 요소를 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 다공질 배출 도관은 O-링을 고정하도록 구성된 하나 이상의 그루브를 포함하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 제 1 항에 있어서,
상기 중앙 코어 요소는 막 스택 조립체의 제 1 부분을 수용하도록 구성된 적어도 2개의 공동을 형성하는
분리기 조립체용 중앙 코어 요소. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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