KR20060127376A

KR20060127376A - 유동 매체의 안내를 위한 간격판 요소

Info

Publication number: KR20060127376A
Application number: KR1020050069973A
Authority: KR
Inventors: 빌헬름 하이네
Original assignee: 로헴 로-바써베한들룽 게엠베하
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-07-30
Publication date: 2006-12-12
Also published as: CA2514162C; US20110240545A1; CA2514162A1; JP2007061808A; US20110284451A1; EP1731214A1; US20060273001A1

Abstract

본 발명은 특히 역삼투압(reverse osmosis) 및 한외 여과(ultrafiltration)를 이용하여 유동 매체(15)를 여과 및 분리하기 위한 장치(10)에서 상기 유동 매체(15)를 안내하기 위한 간격판 요소(11)에 관한 것으로서, 상기 간격판 요소(11)는 중심 호울(hole)(12)을 갖는 플레이트로 형성되고 상기 유동 매체(15)가 주변에 흐르며, 상기 두 개의 간격판 요소(11) 사이에 각각 필터 부재(13)가 삽입되고, 상기 중심 호울(12) 주변으로 서로 떨어져 있는 다수의 개구들(14)이 제공되며, 상기 유동 매체(15)가 상기 개구들(14)을 관통하며, 상기 간격판 요소(11)의 적어도 하나의 표면(130; 131)에 상기 표면으로부터 돌출하는 다수의 융기부(29)가 제공된다. 본 발명에 따르면, 상기 융기부(29)는 표면(118, 119)과 평행한 융기부 표면(290)을 갖는다.

Description

유동 매체의 안내를 위한 간격판 요소{SPACER ELEMENT FOR GUIDING OF THE FLOWING MEDIUM}

도 1은 다수의 간격판 요소 및 필터 부재가 필터 부재 스택을 형성하고 있는, 유동 매체의 여과 및 분리를 위한 장치의 개략도.

도 2는 간격판 요소의 평면도.

도 3은 도 2에 따른 간격판 요소의 다른 측면의 절반부를 도시하는 평면도.

도 4는 도 2 및 도 3에 따른 간격판 요소의 중심 호울 영역의 확대된 평면도.

도 5는 도 2 내지 도 4에 따른 간격판 요소의 확대된 측면도.

도 6은 도 5의 E 부분을 확대한 세부 단면도.

도 7은 간격판 요소로부터 돌출한 융기부들의 표면을 보여주는 간격판 요소의 부분 평면도.

도 8은 도 7에 따른 간격판 요소의 부분 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 장치 11 간격판 요소

12 호울 13 쿠션 막 형태의 필터 부재

14 개구 15 유동 매체

16 호울 중심부 17 가늘어진 부분

18 웨브 19 여과물 배출 호울

20 여과물 배출 채널 21 쇼울더

22, 23 그루우브 24, 25 밀봉 링

26, 27 간격 28 쿠션 막의 여과물 배출 호울

29, 31 융기부 30 웨브 표면

32 그루우브 33 축

34, 35 가장자리 36 방사상 래스터

37 도트 38 원

39 원 직경 102 관형 하우징

103 중심 고정 볼트 104 너트

105 연결 플랜지 106 단부 플레이트

107 연결 단부 플랜지 108 단부 플랜지

109 공급부 110 배출구

111 너트 112 여과물 배출구

113 밀봉 부재 118, 119 표면

120, 121 종방향 측면 122, 123 횡방향 측면

130, 131 표면 133 여과물 배출구

290 융기부 표면 291 가장자리 영역 융기부 표면

292 좁은 측면

본 발명은 특히 역삼투압(reverse osmosis) 및 한외 여과(ultrafiltration)를 이용하여 유동 매체를 여과 및 분리하기 위한 장치에서 유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소에 관한 것으로, 상기 간격판 요소는 중심 호울(hole)을 갖는 플레이트로 형성되고 유동 매체가 주변에 흐르며, 상기 두 개의 간격판 요소 사이에 각각 필터 부재가 삽입되고, 상기 중심 호울 주변으로 서로 떨어져 있는 다수의 개구들이 제공되며, 상기 유동 매체가 상기 개구들을 관통하며, 상기 간격판 요소의 적어도 하나의 표면에 상기 표면으로부터 돌출하는 다수의 융기부가 제공된다.

이와 같은 유형의 간격판 요소는 EP-A-0 289 740호에 공지되어 있다. 일반적인 간격판 요소는 수십 년 전부터 유동 매체의 여과 및 분리를 위한 장치에서, 특히 해수 염분 제거 및 쓰레기 매립지의 침투수(seepage water) 정화 영역에서 사용되어 왔는데, 예컨대 화학 공학, 특히 석유 화학 영역에서 액체 혼합물의 재료 분리를 위해서도 사용되었다.

간격판 요소 및 간격판 요소들 사이에 배치되는 쿠션 막(cushion membrane) 형태의 필터 부재들을 사용하는 이와 같은 유형의 장치를 이용하여 재료를 분리하는 원리는 기본적으로 당업자에게 공지되어 있으므로, 여기서는 더 이상 자세히 설명되지 않는다.

공지된 간격판 요소의 경우, 쿠션 막은 간격판 요소 표면 바로 위에 놓이는 것이 아니라, 상기 표면으로부터 돌출한 다수의 융기부들 위에 놓이기 때문에, 쿠션 막(들)의 표면(들) 사이에 갭이 형성된다. 이러한 갭을 이용하면, 분리될 매체, 예컨대 해수 또는 오염된 침투수와 같은 유동 매체가 막 쿠션의 표면을 따라 흐를 수 있어서, 유동 매체의 선택적인 부분량이 쿠션 막의 양측에 있는 분리 작용층을 막힘없이 통과할 수 있으며, 여과 물로서 밀봉된 쿠션 막에 집결되어, 배출구로 수송될 수 있으며, 이에 반해서 유입구로부터 배출구로 장치를 순환하는 유동 매체는 더 강력하게 집결되어, 정체(停滯)물로서 장치 밖으로 배출된다.

이와 같은 분리 메카니즘을 위해 작용하는 힘은 통상적으로 분리될 유동 매체의 일차 압력이며, 이러한 일차 압력에 의해 유동 매체가 장치를 곡류 형태로 관통하게 된다. 이 경우, 유동 매체의 유입 압력과 장치 밖으로 배출되는 정체물의 배출 압력 사이에서 큰 압력 강하가 나타나며, 장치 내에 필터 부재들이 더 많이 제공될수록 압력 강하는 더 커지며, 장치 유입구로부터 배출구까지 분리될 모든 매체들이 필터 부재들 위로 지나가거나 필터 부재들 주변으로 흘러야 한다.

장치 치수 및 막 표면의 치수에 따라, 막, 분리될 유동 매체 및 선택된 분리 메카니즘의 방식에 따라, 유입 압력이 50바아 내지 60바아, 심지어는 120바아 내지 150바아의 평균값을 가지며, 이로 인해 중합체 재료로 만들어진 쿠션 막의 분리 작용층이 높은 기계적 하중을 받게 된다. 여기서, 이와 같은 유형의 장치들이 통상적으로 연속 작동방식으로 작동되며, 다시 말해 막 부재들의 기계적 하중이 매우 크다는 사실 또한 고려해야 한다.

쿠션 막이 각각 삽입되어 있는 간격판 요소의 경우에, 쿠션 막이 올려져 있 는 융기부는 최대한 작게 제공되어야 한다. 그 이유는, 흐름을 저지하고 재료 분리를 위해 전혀 기여하지 않는 지지 부재들의 유입 영역들이 유입 매체를 위해 최대한 작게 유지되는 경우에만, 압력 강하가 최대한 작게 나타날 뿐만 아니라 유동 매체 내에 함유된 부유물들이 계속 축적되어 결국 블록을 형성할 때까지 커질 수 있는 영역이나 지점이 형성되지 않으며, 게다가 쿠션 막의 효과적인 작용면이 최대한 작게 제한되고 축소될 수 있기 때문이다.

위에서 언급한 이유들로 인해, 공지된 간격판 요소의 경우에 융기부는 횡단면으로 볼 때 작은 구릉(hill) 형태이며, 상기 융기부의 가장 높은 지점에는 둥근 큐폴라(cupolar)가 형성된다. 이와 같은 융기부 형성으로 인해, 막 부재들의 표면, 즉 쿠션 막의 선택 층이 이론적으로 0이 되는 표면 영역에서 융기부 위에 배치된다. 따라서 막 부재들의 선택 영역을 최대한 크게 유지하고, 흐름 및 압력이 감소한 융기부 영역은 최대한 작게 유지하고자 하는 목적이 원리적으로 달성된다.

그러나 이와 같이 구성된 장치들을 작동시키는 매우 높은 일차 압력으로 인해, 막 부재의 표면을 따라 흐르는 유동 매체 때문에, 또한 막 부재를 형성하는 중합체 재료의 고유 탄성에 의해서, 막 부재가 약간 이동된다는 사실이 판명되었다. 따라서 이와 같은 장치가 작동할 때 특히 쿠션 막의 지지점 영역에서 점 형태로 분산된 융기부 끝 지점에서 기계적 마모가 발생하며, 이러한 기계적 마모로 인해 장치의 오랜 작동시에 쿠션 막의 선택 층이 압착될 뿐만 아니라 쿠션 막의 선택 층이 점 형태로 투과되며, 그 즉시 장치는 사용할 수 없게 된다. 왜냐하면, 더 이상 장치가 정상적인 분리 작용을 수행할 수 없고, 그로 인해 분리될 유동 매체가 여과물 과 선택적으로 혼합되기 때문이다.

또한, 쿠션 막의 선택 층을 형성하는 중합체 재료가 온도가 상승하면서 점점 더 약화되고, 분리될 흐름 매체의 온도가 상승하면서 융기부 표면과 막 부재의 선택 층 간의 마찰 메카니즘에 따라 막 부재가 관통될 가능성이 커진다.

쿠션 막과 선택 층이 분리되면서 장치를 사용할 수 없게 되면, 더욱이 이러한 장애 발생시 작동을 대신 수행할 여분의 장치가 존재하지 않을 경우에는 더 심한 부작용이 초래된다. 그러나 여러 가지 이유로 여분의 장치를 제공하는 것은 불가능하며, 여기서는 그 이유를 비용, 공간 및 수리의 측면만을 예를 들어 설명하고 있다.

본 발명의 목적은 일반적인 간격판 요소의 장점들을 유지하면서 높은 압력 및 높은 온도에서 연속 작동될 경우에도 쿠션 막의 선택 층 표면이 파손되지 않게 하며, 간격판 요소가 삽입될 장치의 구성 원리의 변경 없이도 기존의 장치에 간격판 요소를 보완하는 것이 원리상으로 가능하며, 또한 종래 방식의 시스템과 차이가 없는 시스템에서도 제작될 수 있도록 저가로 용이하게 제조될 수 있는, 전술한 유형의 간격판 요소를 제공하는 것이다.

상기 목적은 표면과 평행한 융기부 표면 영역을 갖는 융기부를 제공함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 조치는 쿠션 막이 - 일반적으로 작게 유지되는 - 상기 쿠션 막을 향한 융기부 표면 위에 평평하게 올려지는데, 종래의 일반적인 간격판 요소의 융기부의 경우와 같이 매우 작은 지점에서는 평평하게 올려지지 않는, 일반적인 간격판 요소에 비해 훨씬 우수한 장점을 제공한다.

간격판 요소의 바람직한 한 실시예에 따르면, 융기부 표면이 평평하게 형성되는데, 이로 인해 마찬가지로 평평하게 형성되는 쿠션 막의 반대측 표면이 융기부 표면 영역 전면에 올려져서, 쿠션 막의 기계적 이동 및 간격판 요소가 장착된 장치의 연속 작동시에도 열 작용으로 인한 선택적인 막 층의 훼손이 초래되지 않게 하는 매우 긍정적인 효과가 나타난다.

바람직하게는, 융기부 표면 영역이 가장자리 영역에서 라운드(round) 형태로 처리되므로, 유동 매체의 흐름에 따른 기계적 이동 때문에 융기부 표면 가장자리 위로 쿠션 막의 선택 층이 다소 기울어진다 해도, 쿠션 막의 훼손될 가능성은 커지지 않으며, 또한 이러한 조건에서 대안적으로 또는 추가적으로 유동 매체의 온도에 의한 쿠션 막의 훼손도 나타나지 않는다.

융기부 자체는 쿠션 막을 향한 표면과 관련하여 기본적으로 상이하게 형성된다. 그러나 융기부는 간격판 요소 표면에 대한 직각 방향으로 사다리꼴 횡단면을 갖도록 형성되는 것이 바람직한 것으로 증명되었다. 이를 통해서 융기부 주변에 흐르는 유동 매체 흐름이 유동성 없이 안내될 수 있어서, 최대한 낮은 저항이 유동 매체에 가해지는 장점이 나타난다.

융기부 표면은 바람직하게 직사각형 윤곽 또는 사다리꼴 윤곽을 가질 수 있으며, 이러한 직사각형 또는 사다리꼴의 더 긴 측면은 유동 매체의 흐름 방향으로 정렬되고, 더 짧은 측면은 흐름 방향에 대해 수직으로 정렬된다.

공지된 간격판 요소에서 문제시되는 점은, 공지된 간격판 요소의 표면(들) 상에 이루어지는 융기부들의 분포에 있다. 공지된 간격판 요소에서는 융기부들이 소정의 배열 또는 소정의 구조로 간격판 요소의 표면에 배치되긴 하지만, 이와 같은 배열 또는 구조는 간격판 요소 표면에서 최대한 직선적인 유동 매체 흐름 경로를 제공하지는 못하도록 선택된 것이다. 오히려 흐름 평면 내에서 유동 매체는 지그재그 모양 또는 계단 모양으로 표면 위로 안내된다. 이러한 방식으로, 간격판 요소의 표면상의 융기부 배열과 관련한 종래 방식에 따른 조치에 의해서 유동 매체의 반대방향으로 작용하는 바람직하지 못한 유압 저항이 증대되며, 그로 인해 특히 유동 매체의 분리 효율이 높아지지 않는다. 이러한 단점을 제거하기 위해, 간격판 요소의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 융기부들이 중심 호울의 호울 중심부로부터 방사상 래스터(raster) 형태의 표면상에 배열되어, 융기부가 존재하지 않는 방사 라인 사이에서 유동 매체가 지그재그 모양 또는 계단 모양으로 편향될 필요없이 무저항으로 흐를 수 있다.

융기부 자체는 표면 위에서 중심 호울의 호울 중심부로부터 바람직하게는 상이한 직경의 상이한 원들의 도트(dot) 위에 배열된다. 이를 통해서, 융기부와 인접 융기부와의 간격이 경우에 따라서는 유동 매체의 흐름 방향으로 간격판 요소의 표면상에서 동일해지기 때문에, 상기 표면 위에 놓이는 쿠션 막이 돌출부에 의해 균일하게 지지되는 것이 보장된다.

간격판 요소의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 융기부들이 국부적으로 올려 져 있는 인접 원들의 도트가 각각 서로 오프셋(offset) 배치됨으로써, 간격판 요소의 표면상의 융기부들의 개수가 최대한 적을 경우에도 쿠션 막의 안전한 지지가 달성되게 하는 요구가 달성될 수 있다.

한 표면 위에 제공된 융기부의 개수는 다른 표면 위에 제공된 융기부 개수와 다르게 선택될 수 있으므로, 표면의 한 측면에서 작용하는 유동 매체 압력이 유동 매체의 흐름 방향의 전환에 의해 표면의 다른 측면에서 작용하는 유동 매체 압력과 달라지는 상황이 나타날 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 중심 호울 주변에 서로 떨어져 있는 다수의 개구들이 제공되고, 유동 매체가 상기 개구들을 관통한다. 이를 통해서, 한 방향 및 다른 방향으로 흐르는 유동 매체 흐름이 개구를 관통하고 나서 방향 전환 후에 지체 없이 이루어질 수 있으며, 중심 호울 영역에서 간격판 요소의 양 표면을 서로 연결시키는 개구는 한편으로는 유동 매체를 위한 싱크(sink)로서 그리고 다른 한편으로는 후속 표면에서 다시 공급될 유동 매체를 위한 소스(source)로서 사용된다.

또한, 바람직하게는 서로 떨어져 있는 두 개의 개구들 사이에 간격판 요소의 양 표면으로부터 각각 돌출한 웨브(web)가 배치되는 방식으로 간격판 요소가 형성되어, 필터 부재의 개구가 있는 영역에서 쿠션 막 자체에서 형성되는 내부 압력에 의해 배출되는 여과물이 개구에 밸브 형태로 부가되지 않는다. 그러므로 쿠션 막의 이러한 임계 영역에는 개구가 존재하지 않는다.

간격판 요소의 표면에 대해 평행하게 형성되는 웨브 표면 위에는 이 표면으 로부터 돌출한 하나 이상의 융기부가 각각 제공되며, 상기 융기부는 간격판 요소의 표면 바로 위에 배치된 융기부와 완전히 똑같은 형상을 갖는다.

간격판 요소 자체는 간격판 요소에 적은 중량으로 높은 강성을 부가하는 모든 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다.

바람직하게는 간격판 요소는 플라스틱, 예컨대 사출가능한 플라스틱, 바람직하게는 폴리옥시메틸렌(POM)으로 이루어진다. 이러한 플라스틱은 간격판 요소의 사용과 관련하여 매우 큰 장점을 갖는데, 그 이유는 동일한 용도로 지금까지 사용되어 왔던 다른 플라스틱 재료와 달리 상기 플라스틱은 매우 큰 온도 안정성 및 더 큰 기계적 강도를 가짐으로써, 간격판 요소의 두께가 많이 줄어들 수 있고 간격판 요소의 가장자리 영역도 마찬가지로 더 가볍고 더 가늘게 설계될 수 있기 때문이다. 따라서 공지된 간격판 요소를 갖는 종래의 장치에 비해 크게 감축된 중량 및 경비가 달성된다. 또한, 본 발명에 따른 간격판 요소를 갖는 동일한 치수의 장치에는 더 많은 간격판 요소 및 더 많은 쿠션 막이 수용될 수 있어서, 장치의 활성 막 분리면이 확대될 수 있으므로, 경비가 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 간격판 요소는 종래에 사용되었던 플라스틱, 예컨대 폴리스티롤(PS), 아크릴니트릴-부타디엔-스티롤-코폴리머(ABS) 또는 스티롤-아크릴니트릴-코폴리머(SAN)로 바람직하게 제조될 수도 있는데, 이와 같은 조치는 기존의 장치를 수리하고 적어도 부분적으로 새로운 간격판 요소로 대체해야할 경우에 통상 제공된다. 바람직하게는 필터 부재는 쿠션 막의 유형에 따라 형성되며, 상기 쿠션 막은 바람직하게는 적어도 한 측면에서 고유의 재료 선택 층을 형성하는 막 부재를 갖는다. 이러한 막 부재를 통해서 목표 재료(여기서는 물)가 여과될 수 있고, 이렇게 여과된 물이 쿠션 막 내부에서 두 개의 외부 층 사이에 집결되어, 쿠션 막 내에 형성된 여과물 배출 호울 쪽으로 흐른다. 그러나 쿠션 막의 막 표면의 전체를 활용하기 위해서는, 쿠션 막의 양 측면에 막 부재가 제공되는 것이 가장 바람직하다. 이와 같은 쿠션 막의 형성시에는, 막 부재가 다른 막 부재와 다른 재료 선택적 특성을 가짐으로써, 목표 매체의 흐름 또는 막 부재를 통해 여과되는 유동 매체 흐름에 소정의 작용이 가해질 수 있는 것이 바람직하다.

일반적인 간격판 요소를 갖는 종래의 장치에서는 8각형 외부 윤곽을 갖는 쿠션 막이 사용되었으며, 이 경우 재료 선택 층 및 경우에 따라서는 하나 또는 그 이상의 중간층(들)을 갖는 막 부재들은 초음파 용접 장치를 이용한 다른 윤곽의 쿠션 막 제조를 불가능하게 하였다. 따라서 이와 같이 형성된 쿠션 막이 장착된 장치에서는 원형 간격판 요소의 경우와 같이 장착될 수 없었다. 간격판 요소의 특정 영역들은 쿠션 막에 의해 커버되지 않았다.

본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 간격판 요소용 쿠션 막이 제안되는데, 상기 쿠션 막은 바람직하게는 원형 윤곽을 가지므로, 장치 및 간격판 요소 구조의 변동 없이도 간격판 요소당 할당되는 막 표면이 크게 증대될 수 있으며, 또한 별도의 개조 없이 기존의 장치에 추후 장착될 수 있다. 이를 통해, 유동 매체를 분리하기 위한 장치가 효과적으로 활용될 수 있으며, 상기 장치 작동을 위한 경비 또한 절감할 수 있다.

첨부한 개략적인 도면을 참고로 본 발명의 실시예들을 살펴보면 아래와 같 다.

역삼투압 및 한외 여과를 이용한 유동 매체(15)의 여과 및 분리를 위한 장치(10)가 도 1에 도시되며, 상기 장치(10)에서는 쿠션 막으로 형성되는 다수의 필터 부재(13) 및 간격판 요소(11)가 적층되어 예정된 길이의 필터 부재 스택을 형성한다.

도 1에 따른 장치(10)는 단지 예로 제시된 것으로 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 장치(10)와 다른 구조적 형성도 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 간격판 요소(11)는 다른 구조적 형성을 갖는 장치(10)에서도 기본적으로 사용될 수 있다.

하지만, 간격판 요소(11)의 구조에 대한 이해를 돕기 위해서 쿠션 막 형태의 필터 부재(13)와 관련하여 장치(10)에 대해 간략하게 설명하면 아래와 같다:

장치(10)는 관형 하우징(102)을 갖는다. 관형 하우징(102) 내에 간격판 요소(11) 및 필터 부재(13)가 교대로 삽입된다. 다시 말해, 각 간격판 요소(11) 사이에 필터 부재(13)가 배치된다. 이와 같이 형성된 필터 부재 스택의 양 단부에서만 간격판 요소(11)는 필터 부재(1)를 갖지 않는다. 필터 부재 스택의 연결 단부에는 연결 플레이트(105)가 제공되며, 필터 부재 스택의 반대편 단부에는 단부 플레이트(106)가 제공된다. 연결 플레이트(105) 위에는 외부 연결 플랜지(107)가 배치되며, 단부 플레이트(108) 위에는 외부 단부 플랜지(108)가 배치된다. 필터 부재 스택 및 나머지 부재들은 중심 고정 볼트(103)에 의해 결합되고, 상기 고정 볼트(103)는 이러한 부재들의 상응하는 중심 호울을 관통하며, 양 측면의 너트(104 및 111)가 중심 고정 볼트(103) 양 측면에 있는 나사 시작부에서 하우징(102) 안쪽으로 유닛이 결합된다. 연결 플랜지(107) 및 단부 플레이트(106)는 유동 매체(15)를 공급하기 위한 공급부(109) 및 배출되는 유동 매체를 위한 배출구(110)를 관통한다.

공급부(109)를 통해 유입되는 유동 매체(15)는 하우징(112) 내부로 유입되고, 특히 필터 부재 스택과 하우징(102) 내벽 사이의 갭 안으로 유입된다. 유동 매체(15)는 단부 플레이트(106)와 단부 플레이트(106)와 인접한 간격판 요소(11) 사이에 형성된 공간 내 갭 안으로 유입된다. 유동 매체(15)는 간격판 요소(11) 내 개구(14)를 통해 유입되고 간격판 요소(11)의 내부 표면(119)을 따라 흘러서, 상기 내부 표면(119)으로부터 가장자리 영역에서 간격판 요소(11)와 인접한 연결 부재(11) 사이에 놓인 필터 부재(13) 주변으로 편향되고, 제 2 간격판 요소(11)의 개구(14)를 관통하기 위해 다시 중심을 향해 흐른다. 상기 제 2 간격판 요소의 개구로부터 전체 필터 부재 스택의 인접한 간격판 요소(11)에서 동일한 방식으로 유동 매체(15) 흐름의 편향이 반복해서 수행된다. 중심 여과물 배출 호울로부터, 또는 쿠션 막으로 형성된 필터 부재(13)의 단부면 중에서 여과물 배출 채널을 향하고 있는 단부면으로부터 여과물이 배출되어, 중심 고정 볼트(103)를 따라 흘러서 여과물 배출구(112)로부터 그 다음 처리를 위해 바깥으로 배출된다. 집결된 유동 매체 또는 정체물(15)은 전체 필터 부재 스택이 거의 곡류 형태로 순환하기 전에 연결 플레이트(105) 내에 형성되는 링형 집수 영역으로 이르게 되고, 상기 집수 영역으로부터 배출구(110)를 통해 밖으로 배출된다. 필터 부재 스택은 적합한 밀봉 부재(113)에 의해 하우징 안쪽에 고정된다.

도 2 내지 도 4에는 간격판 요소(11)의 평면도가 도시되며, 도 2는 간격판 요소의 한 측면에 대한 전체 평면도이며, 도 3은 간격판 요소의 다른 측면에 대한 부분 평면도이며, 도 3은 간격판 요소(11)의 주변을 에워싸는 플레이트 형 부분을 생략한 간격판 요소(11)의 중심 영역에 대한 부분 평면도이다.

이러한 간격판 요소(11)는 장치(10)와 관련하여 앞서 기술된 필터 부재 스택과 연관되어 사용된다. 본 실시예에서는 간격판 요소(11)가 원형 횡단면을 가지며 두 개의 플레이트형 횡단면(118, 119)에 의해 제한된다. 호울 중심부(16)에 의해 표시되는 축이 중심 호울(12)의 축이다. 중심 호울(12) 주변으로 간격판 요소는 서로 떨어져 있는 다수의 개구(14)를 가지며, 상기 개구(14)를 통해 유동 매체(15)가 관통하며(도 6 참조), 이에 대해서 아래에서 더 자세히 설명된다. 본 실시예에서는 개구(14)가 가상의 원 상에서 호울 중심부(16)에 대해 동일한 간격을 두고 호울 중심부 주변에 배치된다.

개구(14)는 슬롯 형으로 형성되고 횡단면으로 볼 때 사다리꼴 구조를 갖는다. 슬롯 형 개구(14)의 종방향 측면(120, 121)은 횡방향 측면(122, 123)보다 길다. 방사방향으로 개구(14)에 직접 인접한 영역에서 그리고 호울(12) 상에서, 간격판 요소(11)의 두께가 중심 호울(12) 쪽으로 가늘어진다(도 6의 도면부호 17 참조). 가늘어진 부분(17)의 끝 부분은 횡단면으로 볼 때 라운드 형태를 가질 수 있다.

서로 떨어져 있는 개구들(14) 사이에 웨브(18)가 배치되며, 상기 웨브(18)는 표면(118, 119)으로부터 직각으로 돌출한다. 중심 호울(12)은 가장자리 영역에서 다수의 여과물 배출 호울(19)을 갖는다. 여과물 배출 호울(19)은 중심 호울 주변에서 특정 간격을 두고 배열되는 여과물 배출 채널(20) 안으로 돌출한다(특히 도 4 참조). 여과물 배출 채널(20)는 쇼울더(21)에 의해 제한되는데(도 6 참조), 상기 쇼울더(21)는 간격판 요소(11) 자체의 일부이다. 쇼울더(21)는 한 표면(118)에서 상기 표면으로부터 돌출한다.

중심 호울(12) 주변으로 양 표면(118, 119) 상에 순환 그루우브(22, 23)가 배치되며(특히 도 6 참조), 상기 그루우브(22, 23)는 예컨대 O 링으로 형성될 수 있는 밀봉 링(24, 25)의 수용을 위해 사용된다. 이와 같은 밀봉 부재(24, 25)는 도 6에서 그루우브(22, 23) 내에 부착되어 있다. 그루우브(22)와 호울 중심부(16) 간의 방사방향 간격(26)은 호울 중심부(17)와 쿠션 막 형태의 필터 부재(13)의 중심 여과물 배출 호울의 내부 에지 간의 방사방향 간격(27)보다 크다.

쿠션 막 형태의 필터 부재(13)는 원형의 외부 에지 제한부를 가지며, 또한 에지 제한부가 임의의 개수로 이루어진 다각형으로 형성될 수 있다. 쿠션 막 형태의 필터 부재(13)는 모든 경우에 플레이트로 형성되고, 간격판 요소를 바깥으로 제한하는 영역의 가장자리(34, 35) 쪽으로 밀폐될 필요없이 간격판 요소(11)의 표면(118, 119) 위에 놓일 수 있도록 주어진 외부 윤곽을 갖는다. 이를 통해서, 앞에서 언급한 바와 같이 유동 매체(15)는 종방향 흐름에 따라 필터 부재(13) 상에서 편향되어, 필터 부재(13) 아래에 표면(18) 상에서 종방향으로 개구(14) 안으로 유입되어, 간격판 요소(11)를 관통할 수 있다. 도 2에서 필터 부재(13)는 일점쇄선 으로 도시된다. 필터 부재(13)는 중심 여과물 배출 호울(20)에 의해서 간격판 요소(11)의 호울 중심부(16)에 대해 축방향으로 상기 간격판 요소(11) 위에 배치된다(도 2 및 도 6 참조).

간격판 요소(11)의 양 표면(118, 119) 위에 상기 표면으로부터 돌출하는 다수의 융기부(29)가 각각 배치된다. 융기부(29)는 개별 표면(118, 119)과 평행한 융기부 표면(290)을 갖는다(특히 도 7 및 도 8에 따른 확대도 참조). 여기서 융기부 표면(290)은 평평하게 형성되고 가장자리 영역(291)에서 융기부 표면 주변에서 라운드 모양으로 형성된다. 융기부(29)는 표면(118, 119)에 대해 직각 방향으로 경우에 따라서는 유동 매체(15) 흐름 방향에 대해 횡방향 및 종방향으로 사다리꼴 횡단면을 갖는다(도 8 참조). 융기부 표면(290)은 직사각형으로 형성되지만, 좁은 측면(292)(도 7 참조)에서는 반구 형태이거나 또는 포물선 형태일 수 있어서, 상기 좁은 측면 상에서 또는 상기 좁은 측면으로부터 멀리 흐르는 유동 매체(15)에 관련하여 최대한 적은 유압 저항이 나타난다(도 2, 도 6 및 도 7의 화살표(15) 참조). 융기부 표면(290)은 사다리꼴 윤곽을 가질 수도 있다(도시되지 않음).

표면(118, 119)과 평행하게 형성되는 웨브 표면(29) 위에 상기 표면(29)으로부터 돌출하는 융기부(29)가 제공된다(도 4 참조). 웨브 표면(30)으로부터 돌출하는 융기부(29)는 간격판 요소 표면(118, 119)과 관련하여 표면(118, 119) 자체 위의 융기부(29)와 똑같은 높이를 가질 정도로 돌출한다. 이러한 방식으로, 필터 부재(13)는 모든 융기부(29) 상에 지지되어 간격판 요소(11) 표면(118, 119)에 대해 평평하게 놓인다. 또한, 장치(10)와 관련하여 기술된 중심 고정 볼트(103)에 의해 시스템이 충분히 큰 응력을 받을 때 밀봉 링(24, 25)은 약간의 횡단면 변형에 의해서 밀봉 방식으로 접촉한다(도 6 참조).

특히 도 2 및 도 3에서 그리고 도 7의 부분 확대도에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 융기부(29)는 표면(118, 119) 상에서 방사상 래스터(36) 형태로 배치되고, 상기 래스터(36)는 중심 호울(12)의 호울 중심부(16)로부터 시작된다. 표면(118, 119) 상의 융기부(29)는 상이한 직경(39)을 갖는 다수의 상이한 원(38)의 도트(37) 위에서, 중심 호울(12)의 호울 중심부(16)로부터 나오도록 배치된다. 호울 중심부(16) 주변에 동심으로 형성될 수 있는 원(38)이 인접 원(38)에 대해 각각 동일하거나 상이한 간격으로 떨어져 배치된다.

도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 한 표면(118, 119) 상에 있는 융기부(29)의 개수가 다른 표면(118, 119) 상에 있는 융기부 개수와 다를 수 있으며, 장치(10)에서 사용되는 필터 부재 또는 간격판 요소 스택에 대해 상이한 간격판 요소가 할당될 수도 있다. 이로 인해, 장치(10) 유입구에서 나타나는 유동 매체(15)의 유입 압력과 유동 매체(15)에 의해 관통된 필터 부재 및 간격판 요소 스택의 배출구에서 나타나는 매우 낮은 압력 간의 압력 강하가 고려될 수 있다.

융기부(29)가 국부적으로 배치되어 있는 인접 원(38)의 도트(37)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 서로 오프셋 배치될 수도 있다.

중심 호울(12) 주변으로 하나의 외부 표면(118) 상에 이 표면으로부터 돌출하는 다수의 융기부(31)가 제공되며, 다른 표면(119) 위에는 상응하는 다수의 그루우브(32)가 제공된다. 간격판 요소(11)의 융기부(31) 및 그루우브(32)는 상기 융 기부 및 그루우브를 관통하는 가상 축(33)(도 6 참조)에 관련하여 호울 중심부(18)로부터 동일한 간격을 갖는다. 간격판 요소(11)의 융기부(31) 및 그루우브(32)는 통상적으로 동일한 형태의 횡단면을 가지는데, 본 실시예에서는 원형 횡단면이 제공된다. 간격판 요소(11)의 하나의 표면 또는 측면 상에 제공되는 핀 모양의 융기부(31) 및 그루우브(32)는 쿠션 막 형태의 개별 필터 부재(13) - 서로 정확한 간격으로 떨어져 있음 - 와 함께 결합되어 임의의 크기의 간격판 요소 스택을 형성할 수 있다.

각각의 간격판 요소는 양 표면(118, 119)에서 순환 가장자리(34, 35)를 가지며(특히 도 5 참조), 하나의 가장자리(34)는 표면(118)의 법선과 관련하여 적어도 쿠션 막으로 형성되는 필터 부재(13)의 두께만큼 더 크다(특히 도 6 및 도 8 참조). 이와 같이 형성된 플레이트형 중공 챔버 내에 필터 부재(13)가 삽입되며, 상기 필터 부재(13)(도 6의 하부 안쪽에 도시됨)의 한 표면은 쇼울더(21)와 평행하게 놓인다. 다수의 간격판 요소(11)는 도 1에 따라 간격판 요소 또는 필터 부재 스택으로 결합될 경우에, 상기 간격판 요소 사이에 필터 부재(13)가 형성되며, 상기 필터 부재(13)의 한 표면(113)은 간격판 요소(11)의 한 표면(118)의 융기부(29) 위에 놓이며, 간격판 요소(11)의 다른 표면(130)은 인접 간격판 요소(11)의 다른 표면의 융기부(29) 위에 놓인다.

전술한 바와 같이, 유동 매체(15)가 표면(118) 상에서 개구(14)를 향해 곡류 형태로 유입되고(도 2 및 도 6 참조), 상기 개구 영역에서 편향되며, 상기 표면(119) 상에서 개구로부터 멀리 - A측으로 - 흐르게 된다. 그런 다음, 유동 매체는 쿠션 막으로 형성되는 필터 부재(13)의 밀봉된 외부 제한 에지 영역에서 하나의 간격판 요소(11)의 가장자리(34)와 다른 간격판 요소(11)의 가장자리(35) 사이에 형성되는 갭을 통해 편향되어, 인접 간격판 요소(11)의 개구(14)를 향해 - B측으로 - 역류한다.

필터 부재(13)의 재료 선택적인 고유 분리층에 의해 유동 매체(15)에 포함되는 분리될 재료, 예컨대 해수의 염분으로부터 유동 매체(15)가 분리되고, 염분이 제거된 물은 쿠션 막의 선택적인 분리층을 통해 여과되며, 필터 부재(13)의 여과물 배출구(131)로부터 단부측에서 여과물 배출 채널(20) 안으로 유입된 여과물이 양 표면(130, 131) 사이의 공간에서 상기 여과물 배출 채널(20)로부터 여과물 배출 호울(19)을 통해 고정 볼트(103)를 따라 흘러서 적합한 방식으로 집결되어 장치(10)의 여과물 배출구(112)로부터 배출된다.

간격판 요소(11)는 바람직하게 폴리옥시메틸렌(POM)과 같은 플라스틱으로 제조되므로, 한편으로는 간격판 요소(11)의 높은 강도가 달성되고, 다른 한편으로는 매우 작은 중량의 일반적인 플라스틱에 비해 높은 온도 안정성이 달성된다.

간격판 요소(11)를 형성하기 위한 다른 플라스틱으로, 예컨대 폴리스티롤(PS), 아크릴니트릴-부타디엔-스티롤-코폴리머(ABS) 또는 스티롤-아크릴니트릴-코폴리머(SAN)가 사용될 수 있다.

그러나 간격판 요소(11)는 기본적으로 금속 재료 또는 금속 및 플라스틱의 결합 형태와 같은 결합형 재료로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 의해, 일반적인 간격판 요소의 장점들을 유지하면서 높은 압력 및 높은 온도에서 연속 작동될 경우에도 쿠션 막의 선택 층 표면이 파손되지 않게 하며, 간격판 요소가 삽입될 장치의 구성 원리의 변경 없이도 기존의 장치에 간격판 요소를 보완하는 것이 원리상으로 가능하며, 또한 종래 방식의 시스템과 차이가 없는 시스템에서도 제작될 수 있도록 저가로 용이하게 제조될 수 있는 간격판 요소가 제공된다.

Claims

특히 역삼투압(reverse osmosis) 및 한외 여과(ultrafiltration)를 이용하여 유동 매체(15)를 여과 및 분리하기 위한 장치(10)에서 상기 유동 매체(15)를 안내하기 위한 간격판 요소(11)로서, 상기 간격판 요소(11)는 중심 호울(hole)(12)을 갖는 플레이트로 형성되고 상기 유동 매체(15)가 주변에 흐르며, 상기 두 개의 간격판 요소(11) 사이에 각각 필터 부재(13)가 삽입되고, 상기 중심 호울(12) 주변으로 서로 떨어져 있는 다수의 개구(14)가 제공되며, 상기 유동 매체(15)가 상기 개구(14)를 관통하며, 상기 간격판 요소(11)의 적어도 하나의 표면(130; 131)에 상기 표면(130, 131)으로부터 돌출하는 다수의 융기부(29)가 제공되는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소에 있어서,

상기 융기부(29)는 표면(118, 119)과 평행한 융기부 표면(290)을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항에 있어서,

상기 융기부 표면(290)은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 또는 제 2항 중 한 항 또는 두 개의 항에 있어서,

상기 융기부 표면(290)은 가장자리 영역(291)에서 라운드(round) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 3항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 융기부(29)가 상기 간격판 요소(11)의 상기 표면(118, 119)에 대해 직각인 방향으로 사다리꼴 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 4항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 융기부 표면(290)이 직사각형 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 4항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 융기부 표면(290)이 사다리꼴 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 6항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 융기부(29)가 상기 표면(130, 131) 상에서 상기 중심 호울(12)의 호울 중심부(16)로부터 방사상 래스터(raster)(36) 형태로 배열되는 것을 특징으로 하 는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 7항에 있어서,

상기 융기부(29)는 상기 표면(118, 119) 상에서 상기 중심 호울(12)의 호울 중심부(16)로부터 상이한 직경(39)의 다수의 상이한 원(38)의 도트(dot)(37)로 배열되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 8항에 있어서,

상기 돌출부(29)가 국부적으로 배치되어 있는 상기 인접 원(38)의 도트(37)는 각각 서로에 대해 오프셋(offset) 배치되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 9항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 하나의 표면(118; 119) 상에서의 상기 융기부(29) 개수가 상기 다른 표면(118; 119) 상에서의 상기 융기부(29) 개수와 다른 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 10항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 중심 호울(12) 주변으로 서로 떨어져 있는 다수의 개구(14)가 제공되며, 상기 개구(14)를 통해 상기 유동 매체(15)가 관통하는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 11항에 있어서,

상기 서로 떨어져 있는 두 개의 개구(14) 사이에 상기 간격판 요소(11)의 상기 양 표면(118, 119)으로부터 각각 돌출하는 웨브(web)(18)가 배치되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 12항에 있어서,

상기 표면(118, 119)과 평행한 상기 웨브(18) 표면(30) 위에 상기 표면(30)으로부터 돌출하는 적어도 하나의 융기부(29)가 각각 제공되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 13항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 간격판 요소가 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 14항에 있어서,

상기 플라스틱이 폴리옥시메틸렌(POM)인 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 14항에 있어서,

상기 플라스틱이 폴리스티롤(PS), 아크릴니트릴-부타디엔-스티롤-코폴리머(ABS) 또는 스티롤-아크릴니트릴-코폴리머(SAN)인 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 16항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 필터 부재(13)가 원형 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 1항 내지 제 17항 중 한 항 또는 다수의 항에 있어서,

상기 필터 부재(13)가 쿠션 막(cushion membrane) 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 18항에 있어서,

상기 쿠션 막은 적어도 한 지점에서 막 부재를 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.
제 18항에 있어서,

상기 쿠션 막은 양 측면에서 막 부재를 가지며, 하나의 막 부재는 다른 막 부재와 상이한 재료 선택성을 갖는 것을 특징으로 하는,

유동 매체를 안내하기 위한 간격판 요소.