KR101899615B1 - 분리기 조립체 제조를 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리기 조립체를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 그러한 방법은: 적어도 하나의 농축물 배출 도관 및 적어도 하나의 투과물 배출 도관을 포함하는 중심 코어 요소를 제공하는 단계; 농축물 배출 도관 및 투과물 배출 도관이 격막 적층체 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되도록, 투과물 캐리어 층, 격막 층, 및 피드 캐리어 층을 포함하는 격막 적층체 조립체의 제 1 부분을 상기 중심 코어 요소내에 배치하는 단계; 상기 격막 적층체 조립체의 제 2 부분을 중심 코어 요소 주위로 방사상으로 권취하는 단계; 및 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 접착제를 도포함으로써 격막 적층체 조립체로 이루어진 2개의 대향하는 단부 표면들을 포함하는 권취된 조립체를 밀봉하는 단계; 및 접착제가 상기 격막 적층체 조립체 내로 침투하도록, 상기 중심 코어 요소 내부로 부압을 인가하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 일반적으로 분리기 조립체들의 제조와 관련된 실시예들을 포함한다. 여러 가지 실시예들에서, 본 발명은 분리기 조립체들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 분리기 조립체들을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
종래의 분리기 조립체는 전형적으로 다공성 배출(exhaust) 도관 주위에 배치된 다층 격막 조립체를 포함한다. 다층 격막 조립체는 피드(feed) 캐리어 층, 투과물(permeate) 캐리어 층, 그리고 상기 피드 캐리어 층과 상기 투과물 캐리어 층 사이의 격막 층을 포함한다. 상기 투과물 캐리어 층은 다공성 배출 도관과 접촉한다. 상기 피드 캐리어 층이 투과물 캐리어 층 또는 다공성 배출 도관과 접촉되는 것을 방지할 필요가 있다. 전형적인 동작 중에, 피드 용액이 다층 격막 조립체의 축을 따라서 다층 격막 조립체를 통과한다. 피드 용액은, 피드 용액을 격막 층으로 전달하는(transmit) 다층 격막 조립체의 피드 캐리어 층과 접촉된다. 격막 층은 피드 용액의 일부를 투과물 용액으로서 개질(modify)하고 투과물 캐리어 층을 통해서 배출 도관으로 전달한다. 농축된 용액이 또한 피드 캐리어 층을 통해서 다층 격막 조립체의 외부로 운송된다. 분리기 조립체는, 역삼투압, 초미세여과(ultrafiltration), 및 마이크로여과 프로세스들을 포함하는, 여러 가지 유체 정화 프로세스들에서 이용되고 있다.
투과물 캐리어 층을 피드 캐리어 층으로부터 격리시키는 것, 그에 따라 투과물 용액이 피드 용액에 의해서 오염되는 것을 방지하는 것을 보장하기 위해서, 접혀진(folded) 다층 격막 조립체가 전형적으로 이용되고, 여기에서 격막 층이 접혀져서 피드 캐리어 층을 봉입하는(envelop) 포켓-유사 구조물을 생성한다. 또한, 투과물 캐리어 층과 접촉하는 격막 층의 수동형(passive) 표면 상에 밀봉 접착제를 도포함으로써, 격막 층의 엣지들이 밀봉된다. 종래의 접힘형 다층 격막 조립체들을 포함하는 분리기 조립체들의 제조 중에, 격막 적층체(stack)가 배출 도관 상에 권취(wind)되기 전에 밀봉 접착제들이 종종 도포된다. 권취 프로세스 중에 격막 적층체 조립체의 층들의 표면들에 대해서 약간의 자유를 허용하기 위해서, 실런트(sealant)가 경화되지 않은 상태로 유지된다. 그에 따라, 그러한 접힘형 다층 격막 조립체들이 특히 층상형 구조물의 망원경화(telescoping)에 대해서 그리고 후속하는 투과물 캐리어 층의 오염에 대해서 특히 민감하게 된다. 또한, 접착제가 전형적으로 수작업으로 도포되며, 그에 따라 그러한 도포 작업은 분리기 조립체 제조를 위한 전체적인 작업 시간의 50%까지 차지할 수 있는 시간-소모적 프로세스가 된다.
그에 따라, 분리기 조립체들의 디자인 및 제조 모두에 대한 추가적인 개선들이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 분리기 조립체들을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 분리기 조립체를 제조하는 방법을 제공한다. 그러한 방법은: 적어도 하나의 농축물 배출 도관 및 적어도 하나의 투과물 배출 도관을 포함하는 중심 코어 요소를 제공하는 단계; 적어도 하나의 투과물 캐리어 층, 적어도 하나의 격막 층, 및 적어도 하나의 피드 캐리어 층을 포함하는 격막 적층체 조립체를 제공하는 단계; 상기 농축물 배출 도관 및 투과물 배출 도관이 격막 적층체 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되도록, 상기 중심 코어 요소내에 상기 격막 적층체 조립체의 제 1 부분을 배치하는 단계; 상기 격막 적층체 조립체의 제 2 부분을 중심 코어 요소 주위로 방사상으로 권취하는 단계로서, 상기 피드 캐리어 층이 상기 농축물 배출 도관과 접촉하고 그리고 상기 투과물 배출 도관과 접촉하지 않으며, 상기 투과물 캐리어 층은 상기 투과물 배출 도관과 접촉하고 그리고 상기 농축물 배출 도관과 접촉하지 않으며, 상기 투과물 캐리어 층은 상기 분리기 조립체의 외측 표면을 형성하지 않는, 상기 권취 단계; 그리고 분리기 조립체를 제공하기 위해서 상기 격막 적층체 조립체로 만들어진 2개의 대향하는 단부 표면들을 포함하는 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계를 포함한다. 상기 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계가 상기 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 권취된 조립체의 단부 표면들 상에 도포된 접착제가 상기 격막 적층체 조립체 내로 침투하도록, 상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 부압을 인가하는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
추가적인 개선예들에서, 상기 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 접착제를 도포하는 단계가 상기 권취된 조립체가 회전하는 동안 상기 권취된 조립체의 단부 표면들을 가로질러 접착제를 도포하는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 상기 단부 표면들을 가로질러 접착제를 도포하는 단계 중에, 상기 권취된 조립체가 수직으로 배치될 수 있을 것이다. 상기 접착제는 브러싱, 페인팅 또는 스프레잉을 포함하는 방법에 의해서 도포될 수 있을 것이다. 상기 부압은 상기 권취된 조립체의 주변 압력 보다 낮은 압력이다. 상기 부압은, 상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나에 연결된 진공 펌프에 의해서 인가될 수 있을 것이다. 상기 부압은 상기 투과물 배출 도관을 통해서만 인가될 수 있을 것이다. 상기 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계는, 상기 접착제가 상기 격막 적층체 조립체 내로 침투된 후에, 상기 접착제를 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 접착제를 경화시키는 단계는, 부압을 인가하지 않고 상기 권취된 조립체를 회전시키는 동안, 상기 권취된 조립체를 수평으로 배치하는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은 상기 접착제의 경화 단계 이후에 적어도 하나의 수리(repairing) 단계를 더 포함할 수 있을 것이다. 상기 수리 단계가: 상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 부압을 인가하고 압력 레벨을 관찰함으로써 밀봉이 완성되었는지의 여부를 검사하는 단계; 및 밀봉이 완성되지 않은 경우에 접착제 도포 및 부압 인가 단계들을 반복하는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 또한, 상기 방법은 상기 권취된 조립체를 밀봉하기에 앞서서 상기 권취된 조립체를 적절한 크기로 트리밍(trimming)하는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는: 베이스 부재; 상기 베이스 부재에 커플링된 수직 기둥; 수평으로 배치된 회전 샤프트에 의해서 상기 기둥 상에 설치된 홀딩 디바이스; 및 진공 펌프를 포함한다. 상기 홀딩 디바이스는 회전 샤프트 주위로 자유롭게 회전하고, 상기 홀딩 디바이스는: 상기 회전 샤프트에 연결된 중간 섹션, 상기 중간 섹션에 연결되고 서로 대향하는 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 포함하는 장착 프레임; 및 상기 장착 프레임의 제 1 및 제 2 섹션 상에 각각 배치된 적어도 한쌍의 어댑터들을 포함할 수 있을 것이다. 상기 제 1 섹션 상에 배치된 상기 적어도 한쌍의 어댑터들 중의 제 1 어댑터가 상기 제 2 섹션 상에 배치된 상기 적어도 한쌍의 어댑터들 중의 제 2 어댑터에 대해서 대향하고 정렬된다. 상기 제 1 어댑터 및 제 2 어댑터가 그들 사이에서 연결하는 축을 중심으로 회전될 수 있고, 그리고 상기 분리기 조립체가 상기 제 1 어댑터와 상기 제 2 어댑터 사이에 장착된다. 상기 진공 펌프가 상기 제 1 어댑터 및 상기 제 2 어댑터 중 적어도 하나에 연결된다.
추가적인 개선예들에서, 분리기 조립체는, O-링들이 각각 설치된 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하는 중심 코어 요소를 포함할 수 있을 것이다. 상기 중심 코어 요소의 제 1 단부가 상기 제 1 어댑터에 연결되고 그리고 상기 중심 코어 요소의 제 2 단부가 상기 제 2 어댑터에 연결된다. 상기 제 1 및 제 2 어댑터들의 각각이 상기 중심 코어 요소의 제 1 단부 및 제 2 단부 각각을 수용하기 위한 중심 공동을 가지는 튜브형 구조물을 포함할 수 있을 것이다. 상기 제 1 및 제 2 어댑터들의 각각은, 상기 중심 코어 요소의 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부의 각각에 설치된 O-링들과 결합하기 위한 튜브형 구조물의 공동 표면 상의 홈들을 포함할 수 있을 것이다. 진공 펌프가 상기 제 1 및 제 2 어댑터들 중 적어도 하나의 공동에 연결될 수 있을 것이다. 상기 제 1 어댑터 및 상기 제 2 어댑터 중 적어도 하나가 모터에 의해서 회전될 수 있을 것이다. 상기 장착 프레임의 중간 섹션의 길이를 조정할 수 있을 것이다. 상기 장착 프레임의 중간 섹션, 제 1 섹션 및 제 2 섹션이 일체로 형성될 수 있을 것이다.
본 발명의 이러한 및 기타의 특징들, 양태들, 및 장점들은 이하의 구체적인 설명을 참조함으로써 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
첨부 도면들을 참조할 때 이하의 구체적인 설명으로부터, 본 발명의 여러 가지 특징들, 양태들, 및 장점들이 보다 잘 이해될 수 있을 것이며, 상기 도면들 전체를 통해서 유사한 부호들이 유사한 부분들을 나타낼 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 분리기 조립체의 성분 및 제조 방법을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리기 조립체를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 분리기 조립체를 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 방법을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 분리기 조립체 및 분리기 조립체 제조 장치를 도시한 개략적인 사시도들이다.
도 6a 및 도 6b는 분리기 조립체가 설치된 장치를 도시한 개략적인 사시도들이다.
도 1은 종래의 분리기 조립체의 성분 및 제조 방법을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리기 조립체를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 분리기 조립체를 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 방법을 도시한 개략적인 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 분리기 조립체 및 분리기 조립체 제조 장치를 도시한 개략적인 사시도들이다.
도 6a 및 도 6b는 분리기 조립체가 설치된 장치를 도시한 개략적인 사시도들이다.
이하의 명세서 및 청구항들에서, 이하의 의미들을 가지는 것으로 규정되는 많은 용어들이 언급될 것이다.
문맥에서 명백하기 달리 지시하지 않는 경우에, 단수 형태들("a", "an", 및 "the)은 복수의 언급들을 포함한다.
"선택적(optional)" 또는 "선택적인"은 후술되는 이벤트 또는 상황이 발생될 수 있거나 발생되지 않을 수 있다는 것을 의미하고, 그리고 그 설명은 이벤트가 발생되는 경우들 및 이벤트가 발생되지 않는 경우들을 포함한다.
명세서 및 청구항들을 통해서 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 대략적인(approximating) 언어는, 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래하지 않고, 허용가능하게 변경될 수 있는 임의의 정량적인 표상(representation)을 수정하기 위해서 적용될 수 있을 것이다. 따라서, "약" 및 "실질적"과 같은 용어 또는 용어들로 수정된 값은 특정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 일부 경우들에서, 대략적인 언어는 값의 측정을 위한 기구의 정밀도에 상응할 수 있을 것이다. 여기에서 그리고 명세서 및 청구항들 전체를 통해서, 범위 제한들이 조합 및/또는 상호교환될 수 있을 것이고, 그러한 범위들은 식별되고 그리고, 기재 내용이나 언어가 달리 표시하고 있지 않다면, 본 명세서에서 포함된 모든 하위(sub)-범위들을 포함한다.
도 1은 종래의 분리기 조립체(100)를 준비하기 위한 성분들 및 방법을 도시한다. 종래의 분리기 조립체(100)에서, 격막 적층체 조립체(120)가 접혀진 격막 층(112)을 포함하고, 피드 캐리어 층(116)이 상기 접혀진 격막 층(112)의 2개의 절반부들 사이에서 샌드위치된다. 상기 접혀진 격막 층(112)의 능동형(active) 표면(미도시)이 상기 피드 캐리어 층(116)과 접촉하도록, 상기 접혀진 격막 층(112)이 배치된다. 상기 격막 층(112)의 수동형(passive) 표면(미도시)이 투과물 캐리어 층들(110)과 접촉하도록, 상기 접혀진 격막 층(112)이 상기 투과물 캐리어 층들(110)에 의해서 봉입된다. 예를 들어, 상기 투과물 캐리어 층(110)이 투과물 배출 도관(118)과 접촉한 상태로, 상기 투과물 배출 도관(118)을 방향(122)으로 회전시킴으로써, 상기 격막 적층체 조립체(120)가 상기 투과물 배출 도관(118) 주위로 권취된다. 상기 투과물 배출 도관(118)은 상기 투과물 캐리어 층(110)과의 유체 소통을 허용하기 위한 개구부들(113)을 포함한다. 전형적으로, 격막 조립체가 투과물 배출 도관 상에 권취되기에 앞서서, 접착제 실런트(미도시)가 격막 조립체(120)의 엣지들로 도포된다. 권취 프로세스 동안에 격막 적층체 조립체의 층들의 표면들에 대해서 약간의 이동 자유를 허용하기 위해서, 실런트가 경화되지 않은 상태로 유지된다. 이어서, 접착제 실런트가 경화되어 상기 피드 캐리어 층을 상기 투과물 캐리어 층으로부터 격리시키고, 그리고 접착제 실런트가 경화된 후에 피드 용액(미도시)과 투과물 캐리어 층 사이의 직접적인 접촉을 방지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리기 조립체(300)의 횡단면도를 도시한다. 분리기 조립체(300)는, 각각의 용액을 지향시키기 위한 개구부들을 각각 가지는, 투과물 배출 도관(118) 및 농축물 배출 도관(218)을 포함하는 중심 코어 요소를 포함한다. 분리기 조립체(300)는 피드 캐리어 층(116), 투과물 캐리어 층(110), 및 격막 층(112)을 포함하는 격막 적층체 조립체를 포함한다. 격막 층(112)은 상기 피드 캐리어 층(116)과 상기 투과물 캐리어 층(110) 사이에 배치된다. 상기 중심 코어 요소의 상기 투과물 배출 도관(118) 및 상기 농축물 배출 도관(218)은 상기 격막 적층체 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리된다. 상기 격막 적층체 조립체의 제 2 부분은 상기 중심 코어 요소 주위로 권취된 다층 격막 조립체를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피드 캐리어 층(116)은 투과물 배출 도관(118) 또는 투과물 캐리어 층(110)과 접촉하지 않고, 그리고 상기 투과물 캐리어 층(110)은 농축물 배출 도관(218) 또는 피드 캐리어 층(116)과 접촉하지 않는다. 도 2에 도시된 분리기 조립체(300)의 외측 표면은, 하부의 권취된 구조물을 봉입하는 피드 캐리어 층(116) 만으로 이루어진다. 분리기 조립체(300)의 동작 중에, 피드 용액이 격막 조립체를 통해서 방사상으로 전달되고, 투과물 용액 및 농축물 용액이 투과물 배출 도관(118) 및 농축물 배출 도관(218) 각각으로 통과한다. 분리기 조립체에 대한 보다 구체적인 내용들 및 변경들이 미국 특허 출원 공개 제 2010/0096319 호에 개시되어 있으며, 그러한 특허 출원의 기재 내용 전체가 본 명세서에서 참조된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 격막 적층체 조립체의 단부들이 밀봉 부분(316)과 고정된다. 밀봉 부분(316)은 분리기 조립체(300)의 축방향을 따라서 연장하는 실런트의 횡방향 라인이고 그리고 최외측 투과물 캐리어 층을 2개의 인접한 격막 층들(112)에 대해서 밀봉한다. 접착제 라인(325)은 또한 투과물 캐리어 층(110) 및 피드 캐리어 층(116)의 최내측 단부들을 투과물 배출 도관(118) 및 농축물 배출 도관(218) 각각에 대해서 고정하기 위해서 이용된다. 또한, 부분(317)은 분리기 조립체(300)의 외측 표면 상의 피드 캐리어 층(116)을 축방향을 따라서 고정하기 위해서 이용된다. 또한, 격막 적층체 조립체의 양 단부 표면들을 완전하게 밀봉하기 위해서, 실런트(미도시)가 격막 적층체 조립체의 2개의 대향하는 단부 표면들로 도포된다. 분리기 조립체(300) 내에 존재하는 임의의 갭들은 갭 실런트를 이용하여 갭을 충진함으로써 제거될 수 있을 것이다. 갭 실런트들은 경화가능한 실런트들, 및 접착제 실런트들 등을 포함한다.
도 3은 도 2에 도시된 분리기 조립체(300)를 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법을 도시한 흐름도이다.
제 1 단계(410)에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 농축물 배출 도관(218) 및 투과물 배출 도관(118)을 포함하는 중심 코어 요소가 제공된다. 장황한 설명을 피하기 위해서, 여기에서 중심 코어 요소에 대한 보다 구체적인 설명을 생략할 것이다.
제 2 단계(420)에서, 농축물 배출 도관(218)의 길이방향을 따라 연장하는 접착제 라인(325)이 도포되어, 농축물 배출 도관(218)의 외측 표면 상에서 피드 캐리어 층(116)의 일 단부를 고정할 수 있을 것이다. 또한, 투과물 배출 도관(118)의 길이방향을 따라서 연장하는 다른 접착제 라인(325)이 도포되어, 투과물 배출 도관(118)의 외측 표면 상에서 투과물 캐리어 층(110)의 일 단부를 고정할 수 있을 것이다. 접착제 라인들(325)이, 예를 들어, 양면 접착 테이프 또는 아교(glue)의 비드(bead) 라인으로 형성될 수 있다. 이어서, 격막 층(112)이 투과물 캐리어 층(110)과 피드 캐리어 층(116)과 접촉하게 위치된다. 농축물 배출 도관(218) 및 투과물 배출 도관(118)으로 이루어진 중심 코어 요소에 의해서 격막 층(112)이 양분되도록, 격막 층(112)이 배치된다. 피드 캐리어 층(116)과 투과물 캐리어 층(110) 사이에 배치된 격막 층(112)을 포함하는 격막 적층체 조립체는 상기 중앙 코어 요소 내에 배치된 제 1 부분 및 상기 중심 코어 요소의 외측에 배치된 제 2 부분을 포함한다. 결과적인 구조물이 도 4b에 도시되어 있다.
제 3 단계(430)에서, 격막 적층체 조립체의 제 2 부분은, 예를 들어, 권취된 조립체를 형성하기 위해서 상기 중심 코어 요소를 방향(222)을 따라 회전시키는 것에 의해서, 상기 중심 코어 요소 주위로 방사상으로 권취된다. 하부의 권취된 조립체를 봉입하도록 그리고 분리기 조립체의 전체 외측 표면을 포함하도록, 피드 캐리어 층(116)의 길이가 충분히 길다. 여기에서, 외측 표면은 축방향을 따른 분리기 조립체의 외측 표면을 지칭한다. 결과적인 구조물이 도 4c에 도시되어 있다.
제 4 단계(440)에서, 권취된 조립체가 밀봉된다. 특히, 상기 권취된 조립체 내에 존재하는 격막 적층체 조립체의 단부들이 도 2에 도시된 바와 같이 밀봉 부분(316)에 의해서 밀봉될 수 있을 것이다. 밀봉 부분(316)은 경화가능한 접착제들, 경화가능한 아교들, 양면 테이프들 등에 의해서 구현될 수 있다.
권취된 격막 적층체 조립체의 양 단부 표면들을 완전하게 밀봉하기 위해서, 접착제가 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 도포될 수 있을 것이다. 접착제가 에폭시 수지를 포함할 수 있을 것이다. 접착제는, 브러싱, 스프레잉 또는 페인팅과 같은 적절한 방법에 의해서 수작업으로 또는 분배기를 이용하여 도포될 수 있을 것이다. 또한, 접착제가 조립체의 단부 표면들에 걸쳐 균일하게 분배되도록, 접착제를 도포하는 동안 권취된 조립체가 회전될 수 있을 것이다. 예를 들어, 접착제를 상향 대면하는(facing) 하나의 단부 표면 상에 도포하는 동안에, 권취된 조립체가 수직으로 위치될 수 있고 그리고 약 30 rpm의 속도로 회전될 수 있을 것이다. 이어서, 조립체의 반대쪽 단부 표면 상에 접착제를 도포하기 위해서, 권취된 조립체가 뒤집히고(turn over) 그리고 동일한 속도로 회전된다.
이어서, 예를 들어, 투과물 배출 도관 및 농축물 배출 도관 중 적어도 하나에 연결된 진공 펌프에 의해서, 부압이 상기 중심 코어 요소의 투과물 배출 도관 및 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 인가된다. 부압은, 일반적으로 상기 프로세스에서 대기압인 조립체의 주변 압력 보다 더 낮은 조립체 내부의 압력이다. 예를 들어, 부압이 약 0.08 내지 약 0.1 MPa 범위일 수 있다. 부압이 약 5분과 같은 시간의 기간 동안 인가될 수 있고, 그에 따라 권취된 조립체의 단부 표면들 상에 도포된 접착제가 상기 조립체 내부의 부압과 상기 조립체 외부의 일반적인 주변 압력 사이의 압력 차이에 의해서 유발된 힘에 의해서 내측으로 끌어 당겨지고, 그리고 조립체의 층들 사이에서 격막 적층체 조립체 내로 특정 깊이까지 침투한다. 이어서, 접착제가 경화된다. 경화 프로세스는 상승된 온도에서 열적으로 촉진될 수 있고 또는 UV 복사선을 인가함으로써 촉진될 수 있다. 이러한 경우에, 접착제가 경화된 후에, 권취된 조립체의 단부 표면들에 형성된 밀봉 부분은 조립체를 신뢰가능하게 밀봉하기에 충분한 폭을 가진다. 부압이 상기 조립체의 단부 표면들에 걸쳐서 실질적으로 균일하기 때문에, 상기 조립체의 양 단부 표면들에서의 접착제의 침투 깊이 및 그에 따른 밀봉 부분들의 폭이 또한 비교적 균일하다. 이는, 권취된 조립체를 수평적으로 배치하고 그리고 경화 프로세스 중에 상기 조립체를 회전시키는 것에 의해서, 추가적으로 도움을 받을 수 있을 것이다. 상기 조립체 내부에서 부압을 유지하기 위해서, 예를 들어 외측 표면 상에 밀봉 접착제를 도포하는 것에 의해서, 축방향을 따른 권취된 조립체의 외측 표면이 밀봉될 수 있을 것이다.
전술한 설명에서, 부압이 투과물 배출 도관 및 농축물 배출 도관 모두를 통해서 인가될 수 있을 것이다. 그 대신에, 부압이 투과물 배출 도관만을 통해서 인가될 수 있는데, 이는, 투과물 용액이 피드 용액에 의해서 오염되는 것을 방지하는데 있어서, 투과물 캐리어 층과 격막 층 사이에 후속하여 형성되는 밀봉 부분이 보다 더 신뢰될 수 있기 때문이다.
일부 실시예들에서, 밀봉 부분의 신뢰성을 개선하기 위해서, 접착제 인가 단계 및 부압 인가 단계가 몇 차례 반복될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 분리기 조립체의 신뢰성을 보다 개선하기 위해서, 접착제가 경화된 후에 부가적인 수리 단계를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 수리 단계는, 분리기 조립체의 밀봉 후에, 진공 펌프에 의해서 중심 코어 요소의 투과물 배출 도관 및 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 조립체로 부압을 인가하는 단계를 포함할 수 있을 것이다. 진공 펌프가 소정의 시간 기간 동안 동작된 후에 압력 레벨이 안정적으로 유지될 수 있다면, 상기 분리기 조립체의 밀봉이 완료된 것으로 결정되며; 압력 레벨이 안정적으로 유지될 수 없다면, 전술한 바와 같은 추가적인 접착제 도포 단계 및 부압 인가 단계에 의해서 조립체가 수리될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 과잉 부분을 잘라내기 위해서, 상기 조립체를 밀봉하기 전에, 적절한 크기로 특히 적절한 길이로 상기 권취된 조립체를 트리밍하는 단계를 더 포함할 수 있을 것이다.
분리기 조립체를 준비하기 위한 종래의 방법에서, 실런트가 격막 적층체 조립체의 층들로 인가되고 그리고 권취 전에 경화되지 않은 상태로 유지되며, 그에 따라 권취 프로세스가 서서히 이루어지고 그리고 조심해서 실시되는 경우에도, 격막 적층체 조립체의 임의의 망원경화 또는 주름 발생(draping)이 없이 중심 코어 요소 상에 격막 적층체 조립체를 권취하기 어렵게 만들었다. 또한, 분리기 조립체의 종래의 제조 방법들은, 트리밍 프로세스가 권취 후에 실시되는 경우에, 누설 위험을 높일 수 있을 것이다. 비교하면, 본 발명에 따른 방법은, 접착제 실런트를 도포하기 전에 그리고 후속하여 조립체를 밀봉하기 전에 격막 적층체 조립체를 권취 및/또는 트리밍함으로써, 제조 프로세스의 효율 및 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 중심 코어 요소를 통해서 인가된 부압으로 인한 압력차를 이용하여, 접착제가 격막 적층체 조립체의 단부 표면들에 걸쳐서 보다 효율적으로 그리고 보다 균일하게 분배될 수 있다. 또한, 경화되지 않은 접착제가 본 발명에 따른 방법에서 느린 권취된 조립체의 적용을 받지 않기 때문에, 보다 빠른 경화 접착제들이 이용될 수 있고, 그에 따라 제조 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 방법은 본 발명에 따른 분리기 조립체 제조를 위한 장치에 관한 설명을 참조하여 이하에서 보다 더 구체적으로 설명된다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리기 조립체 제조를 위한 장치(500)의 개략적인 사시도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 장치(500)는 베이스 부재(501) 및 상기 베이스 부재(501)에 커플링된 수직 기둥(503)을 포함한다. 수평 배치된 회전 샤프트(505)를 통해서, 분리기 조립체를 홀딩하기 위한 홀딩 디바이스(510)가 상기 기둥(503)에 설치된다. 상기 홀딩 디바이스(510)는 상기 회전 샤프트(505) 주위로 자유롭게 회전할 수 있을 것이다. 상기 베이스 부재(501) 및 상기 수직 기둥(503)은 홀딩 디바이스(510)를 위한 구조적인 지지를 제공한다.
상기 홀딩 디바이스(510)는 제 1 섹션(511), 제 2 섹션(512) 및 중간 섹션(513)을 포함하는 장착 프레임을 포함한다. 상기 중간 섹션(513)은 상기 회전 샤프트(505)에 연결된다. 상기 제 1 섹션(511) 및 제 2 섹션(512)이 상기 중간 섹션(513)에 연결되고 그리고 서로 대향된다. 상기 중간 섹션(513), 제 1 섹션(511) 및 제 2 섹션(512)은 하나의 피스로서 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 장착 프레임이 도 5a에 도시된 바와 같이 형성될 수 있을 것이다. 장착 프레임은 또한 다른 형태들을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 장착 프레임은 원호 형상과 같은 다른 전체적인 형상을 가질 수 있을 것이다. 또한, 예를 들어 슬라이딩 레일을 이용하여 장착 프레임의 중간 섹션(513)의 길이를 조정할 수 있을 것이고, 그에 따라 장착 프레임을 상이한 크기들을 가지는 분리기 조립체들에 맞춰 구성할 수 있을 것이다.
홀딩 디바이스(510)는 상기 장착 프레임의 제 1 섹션(511) 및 제 2 섹션(512) 상에 각각 배치되는 적어도 한쌍의 어댑터들을 더 포함한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 어댑터(517) 및 제 2 어댑터(518)가 상기 제 1 섹션(511) 및 제 2 섹션(512) 상에 각각 배치된다. 상기 제 1 섹션(511) 상의 제 1 어댑터(517)는 상기 제 2 섹션(512) 상의 제 2 어댑터(518)에 대해서 대향하고 정렬되고, 그에 따라 분리기 조립체가 제 1 어댑터(517)와 제 2 어댑터(518) 사이에 장착될 수 있다. 상기 장치가 복수의 분리기 조립체들을 동시에 프로세싱할 수 있도록, 어댑터들의 복수의 쌍들이 장착 프레임 상에 배치될 수 있을 것이다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이 홀딩 디바이스(510) 상에 장착하고자 하는 분리기 조립체(300)는 중심 코어 요소 및 상기 중심 코어 요소 주위로 권취된 격막 적층체 조립체를 포함한다. 중심 코어 요소는 제 1 단부(327) 및 제 2 단부(328)를 구비하고, 상기 단부들 사이에는 O 링들이 설치된다. 격막 적층체 조립체의 단부 표면들은 전술한 방법에 따른 장치(500)를 이용하여 밀봉될 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 어댑터(517) 및 제 2 어댑터(518) 모두가 분리기 조립체(300)의 제 2 단부(327) 및 제 2 단부(328)를 각각 수용하기 위한 튜브형 구조물을 가진다. 각각의 튜브형 구조물은 상기 중심 코어 요소의 투과물 배출 도관 및/또는 농축물 배출 도관에 연결된 중심 공동을 포함한다. 또한, 공동은 상기 중심 코어의 단부들 상에 설치된 O 링들과 결합하기 위한 홈들(미도시)을 포함할 수 있으며, 그에 따라 분리기 조립체가 2개의 어댑터들 사이에 장착될 때, 밀폐식으로(hermetically) 밀봉된 연결부들이 형성될 수 있을 것이다. 제 1 및 제 2 어댑터들(517 및 518)이 그들 사이를 연결하는 축을 중심으로 회전될 수 있으며, 그에 따라 장착된 분리기 조립체(300)가 그 축을 중심으로 회전될 수 있다. 제 1 및 제 2 어댑터들(517 및 518) 중 적어도 하나가 모터에 의해서 회전될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1 어댑터(517)는 벨트를 통해서 제 1 어댑터(517)에 연결된 모터(520)에 의해서 회전된다. 모터(520)는 장착 프레임 상에 직접적으로 설치될 수 있고 또는 다른 적합한 위치들 상에 설치될 수 있다.
장치(500)는 또한 제 1 어댑터(517) 및 제 2 어댑터(518) 중 적어도 하나에 대해서, 특히 제 1 어댑터(517) 및 제 2 어댑터(518)의 중심 공동에 대해서 연결된 진공 펌프(미도시)를 포함할 수 있을 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제 1 어댑터(517)의 중심 공동이 진공 펌프에 연결된다. 이러한 방식에서, 부압이 진공 펌프에 의해서 어댑터들의 중심 공동 및 조립체의 중심 코어 요소를 통해서 분리기 조립체(300)로 인가될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 매우 다양한 진공 펌프들이 본 발명의 상황에서 이용하기에 적합하고, 그리고 당업자에게 공지되어 있다.
분리기 조립체(300)의 단부 표면들을 밀봉하는 단계가 장치(500)를 이용하여 이하에서 추가적으로 설명된다.
첫 번째로, 밀봉하고자 하는 분리기 조립체(300)가 제 1 및 제 2 어댑터들(517 및 518) 사이에 장착된다. 조립체(300)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 샤프트(505)를 회전시키는 것에 의해서 수직으로 배치된다. 다음에, 모터(520)에 의해서 구동되는 2개의 어댑터들을 통해서 조립체를 회전시키는 동안, 접착제가 조립체(300)의 하나의 단부 표면 상에 도포되며, 그에 따라 접착제가 단부 표면에 걸쳐서 균일하게 분배될 수 있다. 이어서, 동일한 방식으로 조립체의 다른 단부 표면으로 접착제를 도포하기 위해서, 조립체(300)를 뒤집는다.
다음에, 분리기 조립체(300)는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 샤프트(505)를 회전시킴으로써 수평으로 배치된다. 이어서, 진공 펌프가 약 5분과 같은 시간의 기간 동안 턴 온되어 조립체로 부압을 인가하고, 그에 따라 양 단부 표면들 상의 접착제가 조립체(300) 내로 끌어 당겨진다. 이어서, 진공 펌프가 턴 오프된다. 일 실시예에서, 접착제 경화를 위해서 조립체(300)가 장치(500)에서 유지되는 한편, 모터(520)에 의해서 구동되는 2개의 어댑터들을 통해서 회전된다. 경화 프로세스는 상승된 온도에 의해서 열적으로 촉진될 수 있고 또는 UV 복사선의 인가에 의해서 촉진될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 수리 단계가 또한 장치(500)를 이용하여 실행될 수 있을 것이다.
상기 내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 실시예들에 따른 분리기 조립체 제조 방법 및 장치는, 접착제 실런트를 도포하기 전에 그리고 후속하여 조립체를 밀봉하기 전에 격막 적층체 조립체를 권취 및/또는 트리밍함으로써, 제조 프로세스의 효율 및 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 중심 코어 요소를 통해서 인가된 부압으로 인한 압력차를 이용하여, 접착제가 격막 적층체 조립체의 단부 표면들에 걸쳐서 보다 효율적으로 그리고 보다 균일하게 분배될 수 있다. 또한, 보다 빠른 경화 접착제들이 이용될 수 있고, 그에 따라 제조 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
전술한 예들은 단지 설명을 위한 것이고, 개시 내용의 특징들의 일부만을 설명하는 역할을 한다. 첨부된 청구범위는 넓게 인식되는 것으로서 본 발명을 청구하기 위한 것이고 그리고 본 명세서에서 제시된 예들은 다양한 모든 가능한 실시예들로부터 선택된 실시예들을 예시한다. 따라서, 출원인들은, 첨부된 청구범위는 본 발명의 특징들을 설명하기 위해서 이용된 예들의 선택에 의해서 제한되지 않도록 의도한다. 청구항들에서 이용된 바와 같이, 단어 "포함하는" 및 그 문법적 변형은 논리적으로, 예를 들어 "본질적으로 ~ 로 이루어진" 및 "~ 로 이루어진"과 같은(그러나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다), 가변적인 그리고 상이한 범위의 양상들(phases)에 대응하고 그리고 그러한 양상들을 포함한다. 필요한 경우에, 범위들이 제공되고, 이들 범위들은 그 범위들 사이의 모든 하위 범위들을 포함한다. 이들 범위들의 변동은 당업계의 실시자에게 그들 자체를 제시할 것이고 그리고 대중에게 이미 제공되지 않은 경우에, 그러한 변동들은, 가능한 경우에, 첨부된 청구항들에 의해서 커버되는 것으로 생각될 수 있을 것이다. 또한, 과학 및 기술의 진보들은, 언어의 부정확성을 이유로 현재 고려되지 않는 가능한 균등물들 및 치환들을 만들 수 있을 것이고, 그리고 그러한 변형들은, 가능한 경우에, 첨부된 청구항들에 의해서 커버되어야 한다는 것을 예상할 수 있을 것이다.
Claims (19)
- 분리기 조립체 제조 방법에 있어서,
적어도 하나의 농축물 배출 도관 및 적어도 하나의 투과물 배출 도관을 포함하는 중심 코어 요소를 제공하는 단계와,
적어도 하나의 투과물 캐리어 층, 적어도 하나의 격막 층, 및 적어도 하나의 피드 캐리어 층을 포함하는 격막 적층체 조립체를 제공하는 단계와,
상기 농축물 배출 도관 및 투과물 배출 도관이 상기 격막 적층체 조립체의 제 1 부분에 의해서 분리되도록, 상기 격막 적층체 조립체의 제 1 부분을 상기 중심 코어 요소 내에 배치하는 단계와,
상기 격막 적층체 조립체의 제 2 부분을 중심 코어 요소 주위로 방사상으로 권취하는 단계로서, 상기 피드 캐리어 층이 상기 농축물 배출 도관과 접촉하고 그리고 상기 투과물 배출 도관과 접촉하지 않으며, 상기 투과물 캐리어 층은 상기 투과물 배출 도관과 접촉하고 그리고 상기 농축물 배출 도관과 접촉하지 않으며, 그리고 상기 투과물 캐리어 층은 상기 분리기 조립체의 외측 표면을 형성하지 않는, 상기 권취 단계와,
상기 분리기 조립체를 제공하기 위해서 상기 격막 적층체 조립체로 만들어진 2개의 대향하는 단부 표면들을 포함하는 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계를 포함하고,
상기 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계가,
상기 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 접착제를 도포하는 단계와,
상기 권취된 조립체의 단부 표면들 상에 도포된 접착제가 상기 격막 적층체 조립체 내로 침투하도록, 상기 권취된 조립체가 정지된 동안 상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 부압을 인가하는 단계를 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 권취된 조립체의 양 단부 표면들 상에 접착제를 도포하는 단계가, 상기 중심 코어 요소에 평행한 축을 중심으로 상기 권취된 조립체를 회전시키는 동안, 상기 권취된 조립체의 단부 표면들을 가로질러 접착제를 도포하는 단계를 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 단부 표면들을 가로질러 접착제를 도포하는 단계 중에, 상기 권취된 조립체가 수직으로 배치되는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 접착제가 브러싱, 페인팅 또는 스프레잉을 포함하는 방법에 의해서 도포되는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 부압이 상기 권취된 조립체의 주변 압력 보다 낮은 압력인
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 부압이, 상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나에 연결된 진공 펌프에 의해서 인가되는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 부압이 상기 투과물 배출 도관을 통해서 인가되는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 결과적인 권취된 조립체를 밀봉하는 단계는, 상기 접착제가 상기 격막 적층체 조립체 내로 침투된 후에, 상기 접착제를 경화시키는 단계를 더 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 접착제를 경화시키는 단계는, 부압을 인가하지 않고 상기 중심 코어 요소에 평행한 축을 중심으로 상기 권취된 조립체를 회전시키는 동안, 상기 권취된 조립체를 수평으로 배치하는 단계를 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 접착제의 경화 단계 이후에 적어도 하나의 수리 단계를 더 포함하고,
상기 수리 단계가,
상기 투과물 배출 도관 및 상기 농축물 배출 도관 중 적어도 하나를 통해서 부압을 인가하고 압력 레벨을 관찰함으로써 밀봉이 완성되었는지의 여부를 검사하는 단계와,
밀봉이 완성되지 않은 경우에 접착제 도포 및 부압 인가 단계들을 반복하는 단계를 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 권취된 조립체를 밀봉하기에 앞서서 상기 권취된 조립체를 적절한 크기로 트리밍하는 단계를 더 포함하는
분리기 조립체 제조 방법. - 분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치에 있어서,
베이스 부재와,
상기 베이스 부재에 커플링된 수직 기둥과,
수평으로 배치된 회전 샤프트에 의해서 상기 기둥 상에 설치되고, 상기 회전 샤프트 주위로 자유롭게 회전하는 홀딩 디바이스와,
진공 펌프를 포함하고,
상기 홀딩 디바이스는,
상기 회전 샤프트에 연결된 중간 섹션, 상기 중간 섹션에 연결되고 서로 대향하는 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 포함하는 장착 프레임과,
상기 장착 프레임의 제 1 및 제 2 섹션 상에 각각 배치된 적어도 한쌍의 어댑터들로서, 상기 제 1 섹션 상에 배치된 상기 적어도 한쌍의 어댑터들 중의 제 1 어댑터가 상기 제 2 섹션 상에 배치된 상기 적어도 한쌍의 어댑터들 중의 제 2 어댑터에 대해서 대향하고 정렬되며, 상기 제 1 어댑터 및 제 2 어댑터가 그들 사이에서 연결하는 축을 중심으로 회전될 수 있고, 그리고 상기 분리기 조립체가 상기 제 1 어댑터와 상기 제 2 어댑터 사이에 장착되는, 상기 적어도 한쌍의 어댑터들을 포함하고,
상기 진공 펌프가 상기 제 1 어댑터 및 상기 제 2 어댑터 중 적어도 하나에 연결되는
분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 분리기 조립체는, O-링들이 각각 설치된 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하는 중심 코어 요소를 포함하고, 그리고 상기 중심 코어 요소의 제 1 단부가 상기 제 1 어댑터에 연결되고 그리고 상기 중심 코어 요소의 제 2 단부가 상기 제 2 어댑터에 연결되는
분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 어댑터들의 각각이 상기 중심 코어 요소의 제 1 단부 및 제 2 단부 각각을 수용하기 위한 중심 공동을 가지는 튜브형 구조물을 포함하는
분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 어댑터들의 각각은, 상기 중심 코어 요소의 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부의 각각에 설치된 O-링들과 결합하기 위한 튜브형 구조물의 공동 표면 상의 홈들을 포함하는
분리기 조립체를 밀봉하기 위한 장치. - 삭제
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