KR102615827B1 - 막 엘리먼트 및 이것에 사용하는 막 엘리먼트용 단부 부재 - Google Patents

막 엘리먼트 및 이것에 사용하는 막 엘리먼트용 단부 부재 Download PDF

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Abstract

막 권회체의 외경에 추종하여, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 방지하면서, 외장재의 접착력을 보강할 수 있는 막 엘리먼트용 단부 부재 및 이것을 구비한 막 엘리먼트를 제공한다.
외주에 구멍을 갖는 중심관 (20) 과, 막 부재 (16) 가 중심관 (20) 에 권회된 막 권회체 (11) 와, 그 막 권회체 (11) 의 양단에 배치된 단부 부재 (13) 와, 적어도 막 권회체 (11) 의 외주에 형성된 외장재 (15) 를 구비한 막 엘리먼트 (10) 에 있어서, 외장재 (15) 는, 막 권회체 (11) 의 외주에 감겨진 보강 섬유를 갖는 섬유 보강 수지를 포함하고, 단부 부재 (13) 는, 본체 (131) 로부터 막 권회체 (11) 의 측으로 연장되는 복수의 가요부 (135) 를 구비하고, 가요부 (135) 가 막 권회체 (11) 의 외주면측으로 변형된 상태로, 가요부 (135) 의 외주에도 상기 보강 섬유가 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.

Description

막 엘리먼트 및 이것에 사용하는 막 엘리먼트용 단부 부재
본 발명은, 섬유 보강 수지를 포함하는 외장재를 구비하는 스파이럴형의 막 엘리먼트 및 이것에 사용하는 막 엘리먼트용 단부 부재에 관한 것이다.
막 엘리먼트에 의해 원액을 여과하여 투과액을 생성하는 막 여과 장치의 일례로서, 막 부재가 권회됨으로써 형성된 막 권회체를 갖는 막 엘리먼트와, 당해 막 엘리먼트를 수용하는 내압 용기를 구비한 막 여과 장치가 알려져 있다.
이런 종류의 막 여과 장치에 있어서의 막 권회체는, 막 부재가 권회됨으로써 형성되어 있기 때문에, 내압 용기 내를 흐르는 원액 등으로부터 받는 축선 방향의 압력에 의해 막 부재가 축선 방향으로 어긋나, 막 권회체가 텔레스코프상으로 변형되는 경우가 있다. 이와 같은 문제에 대하여, 막 권회체의 단면 (端面) 에 대향하도록 단부 부재 (이른바 텔레스코프 방지 부재) 를 장착함으로써, 막 부재가 축선 방향으로 어긋나는 것을 방지한다는 기술이 알려져 있다 (예를 들어, 하기 특허문헌 1).
또, 막 엘리먼트의 외주에는, 외장재가 형성되어 있고, 당해 외장재는, 막 권회체의 외주 및 텔레스코프 방지 부재의 일부에 걸치도록 장착되어 있다. 이 때, 특허문헌 2 에 기재되어 있는 바와 같이, 접착제를 도포한 유리 섬유 (유리 섬유 로빙) 를 막 권회체의 외주에 감음으로써, 외장재를 형성하는 것이 일반적이었다.
또, 특허문헌 1 에도 기재되어 있는 바와 같이, 종래, 텔레스코프 방지 부재로는, 막 권회체의 맞댐부에, 막 권회체를 끼워넣기 위한 원통부 (스커트) 를 갖는 타입과, 당해 원통부를 갖고 있지 않은 타입이 존재하였다.
그러나, 전자의 타입에서는, 원통부의 내경에 맞춰, 높은 정밀도로 막 권회체의 외경을 제어할 필요가 있고, 또, 막 권회체의 외경이 제한되어, 막 면적을 증가시키기 때문에 한계가 있으므로, 원통부를 갖고 있지 않은 후자의 타입이 주류가 되고 있다. 단, 후자의 타입에서는, 유리 섬유 로빙을 감을 때에, 막 권회체와 단부 부재의 경계부에 있어서, 유리 섬유 로빙의 폴링이 발생한다는 문제가 있었다.
이 때문에, 특허문헌 3 에는, 단부 부재의 맞댐부에, 복수의 돌기를 환상으로 형성하여, 유리 섬유 로빙의 폴링을 방지한 텔레스코프 방지 부재가 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 2005-111473호 일본 공개특허공보 2010-194406호 일본 공개특허공보 2012-183464호
그러나, 특허문헌 3 에 기재된 텔레스코프 방지 부재에서는, 막 권회체의 외경이 환상으로 형성된 돌기의 위치보다 큰 경우에는, 유리 섬유 로빙의 폴링을 충분히 방지할 수 없고, 또, 텔레스코프 방지 부재와 막 권회체의 단차에 의해, 감기 불량이 발생하는 경우가 있다.
반대로, 막 권회체의 외경이 환상으로 형성된 돌기의 위치보다 작은 경우에는, 특히, 돌기의 선단 부근에서, 유리 섬유 로빙의 감기가 불균일 (큰 간극이 부분적으로 생긴다) 해져, 그 위치에서 외장재의 접착 강도가 저하된다는 문제가 있었다. 그리고, 상기의 어느 경우라도, 환상으로 형성된 복수의 돌기에 의해, 외장재의 접착 강도를 높이는 효과는 적었다.
그래서 본 발명의 목적은, 막 권회체의 외경이 다소 변화하더라도, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 방지하면서, 외장재의 접착력을 보강할 수 있는 막 엘리먼트용 단부 부재 및 이것을 구비한 막 엘리먼트를 제공한다.
본 발명의 목적은, 이하와 같은 작용 효과를 나타내는 본 발명에 의해 달성된다.
즉, 본 발명의 막 엘리먼트는, 외주에 구멍을 갖는 중심관과, 막 부재가 상기 중심관에 권회된 막 권회체와, 그 막 권회체의 양단에 배치된 단부 부재와, 적어도 상기 막 권회체의 외주에 형성된 외장재를 구비한 막 엘리먼트에 있어서, 상기 외장재는, 상기 막 권회체의 외주에 감겨진 보강 섬유를 갖는 섬유 보강 수지를 포함하고, 상기 단부 부재는, 액체가 유동 가능한 개구를 갖는 본체와, 상기 본체로부터 상기 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하고, 상기 가요부가 상기 막 권회체의 외주면측으로 변형된 상태로, 상기 가요부의 외주에도 상기 보강 섬유가 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 막 엘리먼트에 의하면, 단부 부재가 상기 본체로부터 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하기 때문에, 외장재를 형성할 때에, 막 권회체의 단면과 본체 사이에, 보강 섬유의 폴링을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 가요부가 막 권회체의 외주면측으로 변형된 상태로, 가요부의 외주에도 보강 섬유가 감겨져 있기 때문에, 막 권회체의 외경이 다소 변화하더라도, 막 권회체의 외주면과의 단차에 의한 감기 불량을 방지할 수 있다. 또, 이 때, 가요부가 외장재와 접착하여 일체화되기 때문에, 접착력을 보강할 수 있다. 그 결과, 막 권회체의 외경이 다소 변화하더라도, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 방지하면서, 외장재의 접착력을 보강할 수 있는 막 엘리먼트용 단부 부재를 제공할 수 있다.
상기에 있어서, 상기 단부 부재의 본체는, 상기 막 권회체의 단부를 덮고, 상기 막 권회체의 외경보다 내경이 큰 커버부를 가짐과 함께, 상기 가요부는, 상기 커버부로부터 연장되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 커버부를 가짐으로써, 막 권회체의 단면과 본체 사이에, 보강 섬유의 폴링을 보다 확실하게 방지할 수 있고, 외장재에 의해 단부 부재를 보다 강고하게 막 권회체와 접착 일체화할 수 있다.
또, 상기 가요부는, 외주측의 표면에 요철을 갖는 것이 바람직하다. 외주측의 표면에 요철을 가짐으로써, 보강 섬유를 감을 때에, 어긋남을 발생하기 어렵게 하여 보다 균일한 감기를 실시할 수 있다. 특히, 상기 요철이, 둘레 방향으로 연장되는 홈인 경우, 충분한 접착 강도를 확보하면서, 보강 섬유의 보다 균일한 감기가 가능해진다.
또, 상기 가요부끼리의 간극은, 상기 가요부의 둘레 방향의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 막 권회체의 외주의 많은 부분을 가요부로 덮을 수 있고, 보강 섬유를 보다 균일하게 감을 수 있어, 외장재의 접착력의 보강 효과도 커진다.
또한, 상기 가요부는, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 가요부의 둘레 방향의 폭이 상대적으로 작아져, 직경 방향의 가요성을 확보하기 쉬워진다. 또, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성함으로써, 보강 섬유를 보다 균일하게 감을 수 있어, 외장재의 접착력의 보강 효과도 커진다.
한편, 본 발명의 막 엘리먼트용 단부 부재는, 상기 어느 것에 기재된 막 엘리먼트에 사용되는 막 엘리먼트용 단부 부재로서, 액체가 유동 가능한 개구를 갖는 본체와, 상기 본체로부터 상기 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 막 엘리먼트용 단부 부재는, 상기 본체로부터 상기 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하기 때문에, 전술한 바와 같이, 막 권회체의 외경이 다소 변화하더라도, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 방지하면서, 외장재의 접착력을 보강할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 막 엘리먼트용 단부 부재는, 스파이럴형 막 엘리먼트의 단부에 배치되는 막 엘리먼트용 단부 부재에 있어서, 상기 막 엘리먼트의 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 막 엘리먼트용 단부 부재는, 막 엘리먼트의 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하기 때문에, 전술한 바와 같이, 막 권회체의 외경이 다소 변화하더라도, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 방지하면서, 외장재의 접착력을 보강할 수 있다.
상기에 있어서, 상기 단부 부재의 본체는, 상기 막 권회체의 단부를 덮고, 상기 막 권회체의 외경보다 내경이 큰 커버부를 가짐과 함께, 상기 가요부는, 상기 커버부로부터 연장되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 커버부를 가짐으로써, 막 권회체의 단면과 본체 사이에, 보강 섬유의 폴링을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 외장재에 의해 단부 부재를 보다 강고하게 막 권회체와 접착 일체화할 수 있다.
또, 상기 가요부는, 외주측의 표면에 요철을 갖는 것이 바람직하다. 외주측의 표면에 요철을 가짐으로써, 보강 섬유를 감을 때에, 어긋남을 발생하기 어렵게 하여 보다 균일한 감기를 실시할 수 있다. 특히, 상기 요철이, 둘레 방향으로 연장되는 홈인 경우, 충분한 접착 강도를 확보하면서, 보강 섬유의 보다 균일한 감기가 가능해진다.
또, 상기 가요부끼리의 간극은, 상기 가요부의 둘레 방향의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 막 권회체의 외주의 많은 부분을 가요부가 덮을 수 있기 때문에, 보강 섬유의 폴링이나 감기 불량을 보다 효과적으로 방지하면서, 외장재의 접착력의 보강 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 상기 가요부는, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 가요부의 둘레 방향의 폭이 상대적으로 작아져, 직경 방향의 가요성을 확보하기 쉬워진다. 또, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성함으로써, 보강 섬유를 보다 균일하게 감을 수 있어, 외장재의 접착력의 보강 효과도 커진다.
도 1 은, 본 발명의 막 엘리먼트를 구비한 막 여과 장치의 일례를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2 는, 막 엘리먼트의 일례를 나타낸 사시도이며, (a) 는 분해 사시도, (b) 는 그 단부 부재를 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 막 엘리먼트의 일례의 내부 구성을 나타낸 개략 단면도이다.
도 4 는, 막 엘리먼트의 주요부의 일례를 나타내고 있으며, (a) 는, 장착 전에 있어서의 단부 부재의 주요부 종단면, (b) 는, 장착 전에 있어서의 단부 부재의 전체의 우측면도, (c) 는, 장착 후에 있어서의 단부 부재의 주변의 종단면이다.
도 5 는, 막 엘리먼트용 단부 부재의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
도 6 은, 막 엘리먼트용 단부 부재의 가요부의 다른 예를 나타내는 전개 평면도이다.
도 7 은, 막 엘리먼트용 단부 부재의 가요부의 다른 예를 나타내는 전개 평면도이다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 막 엘리먼트 (10) 를 구비한 막 여과 장치 (50) 의 일례를 나타낸 개략 단면도이다. 또, 도 2(a) ∼ (b) 는, 각각 막 엘리먼트 (10) 의 분해 사시도, 및 그 단부 부재 (13) 를 나타내는 사시도이다. 도시한 예에서는, 막 여과 장치 (50) 는, 막 엘리먼트 (10) 를 내압 용기 (40) 내에 일직선 상에 복수 배치함으로써 구성되어 있다.
내압 용기 (40) 는, 수지제 등의 원통체로 이루어지고, 예를 들어 FRP (Fiberglass Reinforced Plastics) 에 의해 형성된다. 이 내압 용기 (40) 내에 축선 방향을 따라 복수의 막 엘리먼트 (10) 가 나란히 배치되어 있다. 내압 용기 (40) 의 일단부에는, 배수나 해수 등의 원수 (원액) 가 유입되는 원수 유입구 (48) 가 형성되어 있고, 당해 원수 유입구 (48) 로부터 소정의 압력으로 유입되는 원수가 복수의 막 엘리먼트 (10) 로 여과됨으로써, 정화된 투과수 (투과액) 와, 여과 후의 원수인 농축수 (농축액) 가 얻어진다. 내압 용기 (40) 의 타단부에는, 투과수가 유출되는 투과수 유출구 (46) 와, 농축수가 유출되는 농축수 유출구 (44) 가 형성되어 있다.
도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 막 엘리먼트 (10) 는, 외주에 구멍을 갖는 중심관 (20) 과, 막 부재 (16) 가 중심관 (20) 에 권회된 막 권회체 (11) 와, 그 막 권회체 (11) 의 양단에 배치된 단부 부재 (13) 를 구비하고 있다. 또한, 막 엘리먼트 (10) 는, 적어도 막 권회체 (11) 의 외주에 형성된 외장재 (15) 를 구비하고 있다 (도 3 참조).
막 부재 (16) 는, 예를 들어, 분리막 (12) 과 공급측 유로재 (18) 와 투과측 유로재 (14) 를 포함하는 것이다. 본 실시형태에서는, 분리막 (12) 이 RO (Reverse Osmosis : 역침투막) 막인 RO 막 엘리먼트의 예에 대해 설명한다.
보다 구체적으로는, 수지제의 망상 부재로 이루어지는 사각형 형상의 투과측 유로재 (14) 의 양면에, 동일한 사각형 형상으로 이루어지는 2 장의 분리막 (12) 이 중첩됨과 함께, 그 3 변이 접착됨으로써, 1 변에 개구부를 갖는 주머니상 막 부재 (17) 가 형성된다. 또, 2 장의 분리막 (12) 을 사용하는 대신에, 1 장의 분리막 (12) 을 중앙에서 절곡하여, 투과측 유로재 (14) 의 양면에 중첩하고, 2 변을 접착한 주머니상 막 부재 (17) 로 해도 된다. 그리고, 이 주머니상 막 부재 (17) 의 개구부가 중심관 (20) 의 외주면에 장착되고, 수지제의 망상 부재로 이루어지는 공급측 유로재 (18) 와 함께 중심관 (20) 의 주위에 권회됨으로써, 상기 막 엘리먼트 (10) 가 형성된다. 상기 분리막 (12) 은, 예를 들어 부직포층 상에 다공성 지지체 및 스킨층 (치밀층) 이 순차 적층됨으로써 형성된다.
상기와 같이 하여 형성된 막 엘리먼트 (10) 의 일단측으로부터 원수를 공급하면, 원수 스페이서로서 기능하는 공급측 유로재 (18) 에 의해 형성된 원수 유로를 통해, 막 엘리먼트 (10) 내를 원수가 통과한다. 그 때, 원수가 분리막 (12) 에 의해 여과되고, 원수로부터 여과된 투과수가, 투과수 스페이서로서 기능하는 투과측 유로재 (14) 에 의해 형성된 투과수 유로 내로 침투한다.
그 후, 투과수 유로 내로 침투한 투과수가, 당해 투과수 유로를 통과하여 중심관 (20) 측으로 흐르고, 중심관 (20) 의 외주에 형성된 복수의 통수 구멍으로부터 중심관 (20) 내로 유도된다. 이로써, 막 엘리먼트 (10) 의 타단측으로부터, 중심관 (20) 을 통해 투과수가 유출됨과 함께, 공급측 유로재 (18) 에 의해 형성된 원수 유로를 통해 농축수가 유출되게 된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 내압 용기 (40) 내에 수용되어 있는 복수의 막 엘리먼트 (10) 는, 인접하는 막 엘리먼트 (10) 의 중심관 (20) 끼리가 관상 (管狀) 의 인터 커넥터 (42) 로 연결되어 있다. 이 인터 커넥터 (42) 는, 막 엘리먼트 (10) 의 중심관 (20) 에 대하여 착탈 가능한 장착 부재를 구성하고 있다. 따라서, 원수 유입구 (48) 로부터 유입된 원수는, 당해 원수 유입구 (48) 측의 막 엘리먼트 (10) 로부터 순서대로 원수 유로 내로 흘러들고, 각 막 엘리먼트 (10) 에 의해 원수로부터 여과된 투과수가, 인터 커넥터 (42) 에 의해 접속된 1 개의 중심관 (20) 을 통해 투과수 유출구 (46) 로부터 유출된다. 한편, 각 막 엘리먼트 (10) 의 원수 유로를 통과함으로써 투과수가 여과되어 농축된 농축수는, 농축수 유출구 (44) 로부터 유출된다.
단, 막 여과 장치 (50) 는, 내압 용기 (40) 내에 복수의 막 엘리먼트 (10) 가 수용되어 있는 구성에 한정되지 않고, 내압 용기 (40) 내에 막 엘리먼트 (10) 가 1 개만 수용되어 있는 구성이어도 된다. 또, 막 엘리먼트 (10) 로는, RO 막을 사용한 RO 막 엘리먼트에 한정되지 않고, MF (Membrane Filter : 정밀 여과막) 막 엘리먼트나 UF (Ultra Filter : 한외 여과막) 막 엘리먼트 등, 다른 각종 막 엘리먼트를 채용할 수 있다.
도 3 은, 막 엘리먼트 (10) 의 내부 구성을 나타낸 개략 단면도이다. 상기 서술한 바와 같이 하여 스파이럴상으로 권회된 막 부재 (16) 는, 원통 형상의 막 권회체 (11) 를 구성하고 있고, 당해 막 권회체 (11) 에 단부 부재 (13) 및 외장재 (15) 가 장착됨으로써, 막 엘리먼트 (10) 가 형성되어 있다.
단부 부재 (13) 는, 막 권회체 (11) 의 축선 방향 (A) 의 단부에 배치되고, 막 부재 (16) (도 2(a) 참조) 가 축선 방향 (A) 으로 어긋나는 것을 방지하기 위한 막 엘리먼트용 단부 부재이다. 이 예에서는, 막 권회체 (11) 의 축선 방향 (A) 의 양 단부에, 본 발명에 있어서의 단부 부재 (13) 가 배치되어 있지만, 이와 같은 구성에 한정되지 않고, 일방의 단부에만, 당해 단부 부재 (13) 가 배치된 구성이어도 된다. 단부 부재 (13) 는, 텔레스코프 방지 부재 또는 시일 캐리어라고도 불리며, 텔레스코프를 방지하는 기능이나, 시일을 유지하는 기능을 갖는 것도 가능하다.
단부 부재 (13) 는, 도 2(b) ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 액체가 유동 가능한 개구 (131a) 를 갖고, 막 권회체 (11) 의 단면에 대향하는 본체 (131) 를 구비하고 있다. 또, 본체 (131) 는, 중심관 (20) 을 삽입하는 환상부 (131b) 와, 이것을 연결하기 위한 연결부 (131c) 를 갖고 있다. 또한, 단부 부재 (13) 는, 본체 (131) 에 있어서의 막 권회체 (11) 보다 외주측의 위치로부터 막 권회체 (11) 측으로 연장되고, 적어도 직경 방향 (RD) 으로 가요성을 갖는 복수의 가요부 (135) 를 구비한다. 본 실시형태에서는, 가요부 (135) 가 커버부 (132) 를 개재하여, 본체 (131) 에 형성되어 있지만, 가요부 (135) 가 커버부 (132) 를 개재하지 않고, 본체 (131) 에 형성되어 있어도 된다 (도 5(a) 참조). 커버부 (132) 는, 본체 (131) 로부터 막 권회체 (11) 의 축선 방향 (A) (도 3 참조) 을 따라 막 권회체 (11) 측으로 연장되어 있다. 본체 (131), 가요부 (135), 및 커버부 (132) 는, 일체적으로 형성됨으로써 구성되어 있는 것이 바람직하다. 단부 부재 (13) 의 재질로는, ABS, 노릴 (등록상표, 변성 PPE 수지), PVC 등의 수지를 예시할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는, 단부 부재 (13) 의 본체 (131) 는, 막 권회체 (11) 의 단부를 덮고, 막 권회체 (11) 의 외경보다 내경이 큰 커버부 (132) 를 갖는 것이 바람직하다.
단부 부재 (13) 의 본체 (131) 는, 예를 들어 막 권회체 (11) 의 단면보다 외경이 큰 원판상으로 형성되어 있다. 본체 (131) 의 외주면에는, 패킹 (도시 생략) 을 수용하여 유지하기 위한 환상 오목부 (133) 가 형성되어 있다. 이 환상 오목부 (133) 내에 패킹이 장착된 상태로, 막 엘리먼트 (10) 가 내압 용기 (40) 내에 배치됨으로써, 패킹의 표면이 내압 용기 (40) 의 내주면에 맞닿도록 되어 있다. 이와 같이, 단부 부재 (13) 는, 패킹 (시일) 을 유지하는 시일 유지 부재 (시일 캐리어) 로서도 기능하도록 되어 있다.
도 4 는, 막 엘리먼트 (10) 의 주요부의 일례를 나타내고 있으며, (a) 는, 장착 전에 있어서의 단부 부재 (13) 의 주요부의 종단면, (b) 는, 장착 전에 있어서의 단부 부재 (13) 의 전체의 우측면도, (c) 는, 장착 후에 있어서의 단부 부재 (13) 의 주변의 종단면이다. 도 2(b) 및 도 4(a) ∼ (b) 에 나타내는 바와 같이, 단부 부재 (13) 의 커버부 (132) 는, 본체 (131) 로부터 막 권회체 (11) 측을 향하여 원환상으로 돌출되어 있고, 그 내경이 막 권회체 (11) 의 외경보다 크거나 거의 일치하고 있다. 또, 장착 전에 있어서의 가요부 (135) 는, 본체 (131) 의 커버부 (132) 의 선단으로부터, 막 권회체 (11) 측을 향하여 설편상으로 돌출되어 있고, 그 내경이 막 권회체 (11) 의 외경보다 크다.
도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 장착 후에 있어서는, 가요부 (135) 가 직경 방향 (RD) 으로 가요성을 가짐으로써, 직경 방향 (RD) 의 내주측으로 변형되어 쓰러지고, 바람직하게는, 가요부 (135) 의 선단이 막 권회체 (11) 의 외주에 맞닿은 상태로, 외장재 (15) 가 형성되어 있다. 이 때, 본체 (131) 가 막 권회체 (11) 의 단면에 맞닿도록 단부 부재 (13) 가 배치된다. 이 상태로, 커버부 (132) 의 외주, 가요부 (135) 및 막 권회체 (11) 의 외주에 걸치도록, 외장재 (15) 가 형성됨으로써, 막 권회체 (11) 가 외장재 (15) 에 의해 덮인 구성이 된다. 요컨대, 본 발명에서는, 가요부 (135) 가 막 권회체 (11) 의 외주면측으로 변형된 상태로, 가요부 (135) 의 외주에도 보강 섬유가 감겨져 있다.
외장재 (15) 는, 막 권회체 (11) 의 외주에 감겨진 보강 섬유를 갖는 섬유 보강 수지를 포함하고, 예를 들어 유리 섬유와 접착제로 이루어지는 FRP 외장재이다. 외장재 (15) 는, 일방의 단부 부재 (13) 로부터, 타방의 단부 부재 (13) 까지, 막 권회체 (11) 의 외주면을 따라 거의 둘레 방향 (PD) 으로 연속해서 권취됨으로써, 막 권회체 (11) 의 외주 전체가 덮이도록 되어 있다. FRP 외장재에서는, 접착제를 포함하는 보강 섬유 (예를 들어 유리 섬유 로빙) 가 감겨지고, 고화된 접착제 중에 보강 섬유가 매설된 상태가 된다.
본 실시형태에서는, 단부 부재 (13) 가, 본체 (131) 에 있어서의 막 권회체 (11) 보다 외주측의 위치로부터 막 권회체 (11) 측으로 연장되는 복수의 가요부 (135) 를 구비하기 때문에, 외장재 (15) 를 형성할 때에, 보강 섬유의 폴링을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 가요부 (135) 가 적어도 직경 방향 (RD) 으로 가요성을 갖기 때문에, 막 권회체 (11) 의 외경이 작은 경우에도, 막 권회체 (11) 의 외경에 추종하여 가요부 (135) 가 변형되어, 단차에 의한 보강 섬유의 감기 불량을 방지할 수 있다. 또, 보강 섬유를 감은 상태로, 가요부 (135) 가 외장재 (15) 와 접착하여 일체화되기 때문에, 접착력을 보강할 수 있다. 이 때, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 가요부 (135) 의 내주측으로도 접착제가 침투함으로써, 외장재 (15) 에 대한 보강 효과를 보다 높일 수 있다.
본 실시형태에서는, 평면에서 볼 때 사각형의 가요부 (135) 를 거의 등간격으로, 40 개 지점에 형성하고 있지만, 가요부 (135) 의 수로는 6 ∼ 100 이 바람직하고, 12 ∼ 80 이 보다 바람직하고, 18 ∼ 50 이 더욱 바람직하다. 특히, 가요부 (135) 는, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 복수의 가요부 (135) 는, 금형 등을 사용한 수지 성형에 의해 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가요부 (135) 가, 외주측의 표면에, 둘레 방향 (PD) 으로 홈이 연장되는 요철을 갖는 경우의 예를 나타내고 있다. 요철을 갖는 경우, 그 오목부의 깊이로는, 0.01 ∼ 1.5 ㎜ 가 바람직하다.
이와 같은 요철은, 단부 부재 (13) 의 성형품에 대한 후가공에 의해 기복부를 형성하는 것도 가능하지만, 가공 비용이 들기 때문에, 금형에 기복을 형성하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 금형에 기복을 형성하는 방법으로는, NC 선반 등을 사용한 절삭 가공이나 주름 가공에 의한 방법 이외에, 방전 가공, 레이저 가공, 블라스트 가공에 의한 방법 등을 예시할 수 있다.
단부 부재 (13) 의 가요부 (135) 는, 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 일정하고, 그 폭 (W) 이 직경 방향 (RD) 의 두께 (t) 보다 크거나, 또는, 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 축선 방향 (A) 에서 변화하여, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 큰 위치에 있어서 그 폭 (W) 이 직경 방향의 두께 (t) 보다 큰 것이 바람직하다.
요컨대, 가요부 (135) 는, 직경 방향 (RD) 의 두께 (t) 가 가장 얇은 부분의 두께 (t) 가 0.01 ∼ 1.5 ㎜ 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 1.2 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 본 실시형태에서는, 가요부 (135) 가, 외주측의 표면에 요철을 갖는 경우를 예로 나타내고 있지만, 그 경우, 요철의 가장 얇은 부분의 두께 (t) 가 상기 범위인 것이 바람직하다. 두께가 이 범위 내이면, 강도를 어느 정도 유지하면서 직경 방향의 가요성을 얻을 수 있는 관점에서 바람직하다.
또, 가요부 (135) 는, 예를 들어 4 인치 엘리먼트의 경우, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 큰 위치에 있어서 그 폭 (W) 이 3 ∼ 15 ㎜ 인 것이 바람직하고, 6 ∼ 10 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 8 인치 엘리먼트의 경우, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 큰 위치에 있어서 6 ∼ 30 ㎜ 인 것이 바람직하고, 12 ∼ 20 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 16 인치 엘리먼트의 경우, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 큰 위치에 있어서 12 ∼ 60 ㎜ 인 것이 바람직하고, 24 ∼ 40 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 폭 (W) 은, 둘레 방향 (PD) 을 따른 길이에 의해 측정하는 값이다.
또, 단부 부재 (13) 의 가요부 (135) 는, 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 일정하고, 그 폭 (W) 이 가요부 (135) 끼리의 간격 (I) 보다 넓거나, 또는, 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 축선 방향 (A) 에서 변화하여, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 넓은 위치에 있어서 그 폭 (W) 이 가요부 (135) 끼리의 간격 (I) 보다 넓은 것인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 가장 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 넓은 위치에 있어서, 가요부 (135) 끼리의 간격 (I) 은, 예를 들어 4 인치 엘리먼트의 경우, 0.2 ∼ 12 ㎜ 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 5 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 8 인치 엘리먼트의 경우, 0.2 ∼ 25 ㎜ 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 10 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 16 인치 엘리먼트의 경우, 0.2 ∼ 70 ㎜ 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 30 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 간격 (I) 은, 직선 거리에 의해 측정하는 값이다.
또, 가요부 (135) 의 길이 (L1) 는, 5 ∼ 50 ㎜ 인 것이 바람직하고, 20 ∼ 35 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다.
커버부 (132) 를 형성하는 경우, 그 길이 (L2) 는, 1 ∼ 20 ㎜ 인 것이 바람직하고, 5 ∼ 10 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다. 또, 커버부 (132) 의 두께는, 0.2 ∼ 2 ㎜ 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 1.5 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다.
(다른 실시형태)
(1) 본 발명에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같은 단면 (斷面) 형상의 단부 부재에 한정되지 않고, 도 5(a) ∼ (e) 에 나타내는 바와 같이, 여러 가지 단면 형상의 단부 부재가 가능하다.
도 5(a) 에 나타내는 예에서는, 단부 부재 (13) 에는, 외주측의 표면에 요철을 갖지 않는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 또, 이 예에서는, 가요부 (135) 가 커버부 (132) 를 개재하지 않고, 본체 (131) 에 형성되어 있다.
도 5(b) 에 나타내는 예에서는, 내주측의 표면에 둘레 방향 (PD) 으로 연장되는 오목선을 가짐으로써, 가요부 (135) 의 축선 방향 (A) 의 중앙부보다 기단부측에, 직경 방향 (RD) 의 두께 (t) 가 부분적으로 얇은 육박부 (肉薄部) (136) 를 갖고 있다. 이와 같은 육박부 (136) 를 형성함으로써, 직경 방향 (RD) 의 가요성을 보다 높일 수 있고, 게다가 육박부 (136) 를 형성하는 위치에 의해, 변형 상태에 있어서의 형상을 조절할 수 있다.
도 5(c) 에 나타내는 예에서는, 외주측의 표면에 둘레 방향 (PD) 으로 연장되는 오목선을 가짐으로써, 가요부 (135) 의 축선 방향 (A) 의 중앙부보다 기단부측에, 직경 방향 (RD) 의 두께 (t) 가 부분적으로 얇은 육박부 (136) 를 갖고 있다.
도 5(d) 에 나타내는 예에서는, 단부 부재 (13) 에는, 선단측이 직경 방향 (RD) 의 외주측으로 확산된 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이 예에서는, 가요부 (135) 의 전체가 외주측으로 확산되어 있지만, 가요부 (135) 의 일부가 외주측으로 확산되어 있어도 된다. 또, 선단측이 직경 방향 (RD) 의 외주측으로 확산되어 있지 않은 가요부 (135) 의 선단부에 대하여, 노치를 형성함으로써, 그 부분이 외주측으로 확산되도록 해도 된다.
도 5(e) 에 나타내는 예에서는, 단부 부재 (13) 에는, 선단측일수록 두께가 얇아지는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 그 경우에 있어서, 이 예에서는, 가요부 (135) 의 내주측의 표면이 외주측으로 확산되어 있지만, 가요부 (135) 의 내주측의 표면이 외주측으로 확산되어 있지 않아도 된다.
(2) 본 발명에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같은 형상의 가요부에 한정되지 않고, 도 6(a) ∼ (f), 및 도 7(a) ∼ (f) 에 나타내는 바와 같이, 여러 가지 형상의 가요부가 가능하다.
도 6(a) 에 나타내는 예에서는, 사각형의 가요부 (135) 가, 그 폭이 가요부 (135) 끼리의 간격보다 넓은 상태로 형성되어 있다.
도 6(b) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 넓어지도록, 사각형의 폭광부 (幅廣部) 를 갖는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이와 같이, 본 발명에 있어서, 선단에 위치하는 변은, 둘레 방향 (PD) 과 평행인 것이 바람직하다.
도 6(c) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 넓어지도록, 사다리꼴의 폭광부를 갖는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이와 같이, 본 발명에 있어서, 선단에 위치하는 부분의 형상은 어느 형상이어도 된다.
도 6(d) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 좁아지도록, 육각형의 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이와 같이, 본 발명에 있어서, 가요부 (135) 의 전체의 형상은 어느 형상이어도 된다.
도 6(e) 에 나타내는 예에서는, 사각형의 줄기부로부터 양측으로 확산되는 가지부를 갖는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이 예에서는, 줄기부의 선단에, 육각형의 선단부를 갖고 있다. 가지부는, 선단측으로 경사져 있지만, 어느 방향으로 경사져 있어도 된다. 이와 같이, 양측으로 확산되는 가지부를 가짐으로써, 외장재를 형성할 때에 균일한 형성을 실시할 수 있다.
도 6(f) 에 나타내는 예에서는, 사각형의 줄기부로부터 양측으로 확산되는 가지부를 갖는 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이 예에서는, 줄기부의 선단에, 오각형의 선단부를 갖고 있다.
도 7(a) 에 나타내는 예에서는, 가요부 (135) 의 선단이 가장 폭이 좁고, 축선 방향 (A) 의 중앙부보다 기단부측에 둘레 방향 (PD) 의 폭이 부분적으로 좁은 폭협부 (幅狹部) 를 형성하고 있다.
도 7(b) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 좁아지도록, 모서리를 제거한 대략 삼각형의 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이 예에서는, 가요부 (135) 의 기단부끼리가 연결되어 있지만, 이와 같은 형태도, 본 발명에 있어서는 복수의 가요부 (135) 를 갖고 있다고 정의된다.
도 7(c) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 좁아지도록, 모서리를 제거한 대략 삼각형의 가요부 (135) 를 형성하고 있고, 도 7(b) 에 나타내는 예보다 가요부 (135) 의 수가 많아져 있다.
도 7(d) 에 나타내는 예에서는, 선단이 가장 폭이 좁아지도록, 사다리꼴의 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이와 같은 형상의 가요부 (135) 에 의해서도, 외장재를 형성할 때에 균일한 형성을 실시할 수 있다.
도 7(e) 에 나타내는 예에서는, 사각형의 가요부 (135) 와 오각형의 가요부 (135) 를 교대로 형성하고 있다. 이 예에서는, 2 종의 가요부 (135) 의 길이가 상이하다.
도 7(f) 에 나타내는 예에서는, 본체 (131) 의 측을 폭이 좁은 사다리꼴로 하고, 선단측을 폭이 넓은 오각형으로 하여, 양자가 연속된 가요부 (135) 를 형성하고 있다. 이와 같이, 본 발명에서는, 가요부 (135) 가, 축선 방향 (A) 의 중앙부보다 기단부측에, 둘레 방향 (PD) 의 폭 (W) 이 부분적으로 좁은 폭협부를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 폭협부를 형성함으로써, 직경 방향 (RD) 의 가요성을 보다 높일 수 있다.
(3) 전술한 실시형태에서는, 환상부 (131b) 를 연결하기 위한 연결부 (131c) 가, 다수의 원 구멍을 형성한 판상체에 리브를 형성한 연결부 (131c) 에 의해, 본체 (131) 의 개구 (131a) 를 형성하는 예를 나타내었지만, 본 발명에 있어서, 본체 (131) 의 개구 (131a) 는, 어느 형상이어도 된다. 예를 들어, 스포크상의 연결부 (131c) 를 가짐으로써, 액체가 유동 가능한 개구 (131a) 를 본체 (131) 에 형성해도 된다.
(4) 전술한 실시형태에서는, 본체 (131), 가요부 (135), 및 커버부 (132) 는, 일체적으로 동일 재료로 형성되어 있는 예를 나타내었지만, 이들은 다른 재료로 형성되어 있어도 된다. 예를 들어, 가요부 (135) 를 가요성이 높은 (보다 유연한) 수지로 구성하고, 다른 부분과 일체적으로 성형하거나, 양자를 성형 후에 고착시켜도 된다. 또, 가요부 (135) 를 금속제의 스프링재로 구성하고, 그 기단부를 본체 (131) 또는 커버부 (132) 에 매설시켜, 가요부 (135) 를 형성할 수도 있다.
(5) 전술한 실시형태에서는, 둘레 방향 (PD) 으로 홈이 연장되는 요철을 갖는 경우의 예를 나타내었지만, 요철의 형상, 크기, 간격 등은, 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 평면에서 볼 때 형상이 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 등인 복수의 볼록부를 형성해도 된다.
(6) 전술한 실시형태에서는, 환상으로 연속된 커버부 (132) 를 형성한 예를 나타내었지만, 복수로 분할된 커버부 (132) 를 형성하는 것도 가능하다.
(7) 전술한 실시형태에서는, 접착제를 갖는 유리 섬유 (유리 섬유 로빙) 를 사용하여 FRP 외장재를 형성하는 예를 나타내었지만, 그 밖의 외장재를 사용하는 것도 가능하다. 단, 유리 섬유, 세라믹 섬유나 고탄성률의 수지 섬유 등의 보강 섬유에 의해 보강된 섬유 보강 수지가 바람직하다.
보강 섬유의 형태로는, 멀티필라멘트, 모노필라멘트의 섬유 이외에, 그것들에 의해 구성되는 직포, 부직포, 편포, 네트 등의 포백을 들 수 있다. 이들 포백에 의한 FRP 외장재에서는, 보강 섬유가 둘레 방향 또는 둘레 방향으로부터 경사진 방향으로 연속되고, 고화된 접착제 중에 매설된 상태가 된다.
10 : 막 엘리먼트
11 : 막 권회체
12 : 분리막
13 : 단부 부재
131 : 본체
131a : 개구
131b : 환상부
132 : 커버부
135 : 가요부
14 : 투과측 유로재
15 : 외장재
16 : 막 부재
18 : 공급측 유로재
20 : 중심관
40 : 내압 용기
50 : 막 여과 장치

Claims (13)

  1. 외주에 구멍을 갖는 중심관과, 막 부재가 상기 중심관에 권회된 막 권회체와, 그 막 권회체의 양단에 배치된 단부 부재와, 적어도 상기 막 권회체의 외주에 형성된 외장재를 구비한 막 엘리먼트에 있어서,
    상기 외장재는, 상기 막 권회체의 외주에 감겨진 보강 섬유를 갖는 섬유 보강 수지를 포함하고,
    상기 단부 부재는, 액체가 유동 가능한 개구를 갖는 본체와, 상기 본체로부터 상기 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하고,
    상기 가요부가 상기 막 권회체의 외주면측으로 변형되어 상기 가요부의 선단이 상기 막 권회체의 외주에 맞닿은 상태로, 상기 가요부의 외주에도 상기 보강 섬유가 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 막 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단부 부재의 본체는, 상기 막 권회체의 단부를 덮고, 상기 막 권회체의 외경보다 내경이 큰 커버부를 가짐과 함께,
    상기 가요부는, 상기 커버부로부터 연장되어 있는 막 엘리먼트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요부는, 외주측의 표면에 요철을 갖는 막 엘리먼트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 요철은, 둘레 방향으로 연장되는 홈인 막 엘리먼트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요부끼리의 간극은, 상기 가요부의 둘레 방향의 폭보다 작은 막 엘리먼트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요부는, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성되어 있는 막 엘리먼트.
  7. 제 1 항에 기재된 막 엘리먼트에 사용되는 막 엘리먼트용 단부 부재로서,
    액체가 유동 가능한 개구를 갖는 본체와, 상기 본체로부터 상기 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하는 막 엘리먼트용 단부 부재.
  8. 스파이럴형 막 엘리먼트의 단부에 배치되는 막 엘리먼트용 단부 부재에 있어서,
    상기 막 엘리먼트의 막 권회체의 측으로 연장되는 복수의 가요부를 구비하고, 상기 가요부가 상기 막 권회체의 외주면측으로 변형되어 상기 가요부의 선단이 상기 막 권회체의 외주에 맞닿은 상태로, 상기 가요부의 외주에도 섬유 보강 수지의 보강 섬유가 감겨져 사용되는 것을 특징으로 하는 막 엘리먼트용 단부 부재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단부 부재의 본체는, 상기 막 권회체의 단부를 덮고, 상기 막 권회체의 외경보다 내경이 큰 커버부를 가짐과 함께,
    상기 가요부는, 상기 커버부로부터 연장되어 있는 막 엘리먼트용 단부 부재.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가요부는, 외주측의 표면에 요철을 갖는 막 엘리먼트용 단부 부재.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 요철은, 둘레 방향으로 연장되는 홈인 막 엘리먼트용 단부 부재.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가요부끼리의 간극은, 상기 가요부의 둘레 방향의 폭보다 작은 막 엘리먼트용 단부 부재.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 가요부는, 거의 등간격으로 10 개 지점 이상에 형성되어 있는 막 엘리먼트용 단부 부재.
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