KR20070015129A - 맴브레인 필터 유닛 및 이 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 한쪽 면에서 개방된 다발의 모세관 맴브레인(capillary membrane)(1)을 구비하며, 이들 모세관 맴브레인은 개방 맴브레인 단부(2)에 근접한 영역에서 고체 헤드 부재(solid head piece)를 형성하도록 경화되는 밀봉층(3) 내에 주조되는 액체 또는 가스 매체용 맴브레인 필터 유닛에 관한 것이다. 개방 맴브레인 단부(2)는 밀봉층(3) 외부로 돌출된다. 밀봉층(3)은 소정 스페이서(4) 상에 배치되며, 이 스페이서(4)는 상기 모세관 맴브레인(1)에 의해 관통되는 한편, 경화되어 상기 밀봉층을 형성하게 되는 주조 재료에 대해 불침투성인 소정 층을 갖는다. 본 발명은 또한 맴브레인 필터 유닛을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

맴브레인 필터 유닛 및 이 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법{MEMBRANE FITTER UNIT AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF THE MEMBRANE FILTER UNIT}

본 발명은, 임의의 원하는 방식으로 배치되고 적어도 한쪽 면에서 개방된 다발 또는 복수 개의 모세관 맴브레인(capillary membrane)을 구비하며, 이들 모세관 맴브레인은 개방 맴브레인 단부에 대해 그 단부에 근접한 영역에서 고체 헤드 부재(solid head piece)를 형성하도록 경화된 밀봉층 내에 주조되며, 이에 의해 개방 맴브레인 단부는 밀봉층 외부로 돌출하고 있는, 액체 또는 가스 매체용 맴브레인 필터 유닛에 관한 것이다.

맴브레인 여과에 사용되는 모세관 맴브레인은 그 형상과 용도에 따라 약 200㎛ 내지 약 5㎜의 외경을 가질 수 있다. 맴브레인 여과 중에 적절한 기능을 보장하기 위해, 모세관 맴브레인은 결함 없이 헤드 부재 내에 주조되어야 한다. 게다가, 주조 부품으로서 제조되는 헤드 부재의 제조 중에 모세관 맴브레인은 그 단부에서 접착제에 의해 차단되거나, 막히거나 또는 기계적으로 손상되지 않도록 하는 것이 보장되어야 한다. 기계 가공 중에 많은 맴브레인 재료가 닳아 해어질 수 있기 때문에 절삭에 의한 기계 가공은 피해야 한다.

전술한 특징을 갖는 US 5,635,373을 통해 공지된 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법의 경우, 맴브레인 다발의 단부는 고체 캐리어를 형성하도록 고화될 액체층 내에 담가지게 된다. 이어서, 그러한 캐리어 층에 플라스틱 물질로 이루어진 밀봉층이 도포되고, 이 플라스틱 물질 내에 모세관 맴브레인이 주조된다. 플라스틱 물질이 경화된 후에, 캐리어 층은 다시 액화되어 제거되며, 이에 의해 모세관 맴브레인의 단부가 노출된다. 모세관 맴브레인이 타이트하게 다발을 이루는 경우, 모세관 맴브레인들 사이에서 작용하는 모세관력의 결과로 제조 기법 측면에서 문제가 발생할 수 있다. 맴브레인 다발이 액체 내에 담가질 때에, 그 액체는 초래되는 모세관력에 따라 모세관 맴브레인의 외부에서 위로 올라올 수 있다. 후에 헤드 부재를 제조하는 중에 맴브레인 섬유 다발의 외부에서 내부로 플라스틱 물질이 침투하는 것이 방지되어, 플라스틱 물질에 의해 개별 맴브레인 섬유를 신뢰성 있게 에워싸는 것을 더 이상 보장할 수 없다.

US 6,294,039로부터 공지된 방법의 경우, 헤드 부재 내에 주조될 맴브레인은 미세 입자 고체의 층안으로 삽입되고, 이 위에 경화되어 헤드 부재를 형성하는 플라스틱 물질이 도포된다. 헤드 부재가 경화된 후에, 고체 층은 다시 제거되고, 이에 의해 모세관 맴브레인의 단부를 노출시킨다. 이러한 방법은 재료가 단지 약간만 변위할 수 있기 때문에 단지 비교적 적은 수의 모세관 맴브레인만이 동시에 고체층 내에 담가진다는 점에서 제조 기법의 측면에서 단점을 갖는다.

WO 01/85315를 통해 공지된 방법에서는 휘발성 액체, 현탁액 또는 겔 내에 모세관 맴브레인의 단부를 담그는 것을 사용하고 있다. 이어서, 모세관 맴브레인은 밀봉 물질 내에 주조된다. 모세관 맴브레인의 단부가 담가지게 되는 물질은 모 세관력의 결과로 인한 그 물질의 현저한 크리프(creep)를 피하기 위해, 비교적 높은 점도를 갖는다. 그러나, 이 방법에서도 그 물질이 모세관 맴브레인의 외부에서 약간 위로 올라가는 것을 방지할 수는 없다. 이러한 이유로, 제조 기법 상의 문제점이 역시 존재한다.

전술한 공지의 모든 제조 방법들은 첫 번째 단계에서 모세관 맴브레인을 주조 재료 내에 주조하는 중에 그 주조 재료와 모세관 맴브레인의 단부의 접촉을 방지하는 소정 층 안에 모세관 맴브레인의 개방 단부를 담근다는 점에서 공통점을 갖고 있다. 헤드 부재가 경화된 후에, 모세관 맴브레인의 단부는 그러한 층의 제거에 의해 다시 노출되어야 한다. 따라서, 공지의 제조 방법들은 비교적 더 많은 노력을 기울여야 한다.

EP 0 771 233 B1에는, 모세관 맴브레인을 천공 플레이트로서 형성된 주형의 바닥을 통해 안내하는, 맴브레인 필터 유닛의 헤드 부재의 제조 방법이 개시되어 있다. 점성의 주조 재료가 주형 내에 배치되어, 모세관 맴브레인들 사이의 빈 공간에 채워져 경화되어 고체 헤드 부재를 형성한다. 헤드 부재는 그 후에 모세관 맴브레인과 함께 주형으로부터 뽑아내어지게 된다. 최종 단계에서, 헤드 부재는 모세관 맴브레인을 개방시키도록 절단된다. 헤드 부재가 절단되어 개방된 후에, 모세관 맴브레인의 개방 단부는 경화된 밀봉층의 외면과 동일 평면 내에서 종결된다. 이러한 방법은 기계 가공 중에 닳아 해어질 수 있는 모세관 맴브레인의 경우에는 적합하지 않다.

전술한 문제점을 감안하여, 본 발명은, 서두에 설명한 특징을 가지면서, 간 단한 방식으로 결함 없이 기계 가공하지 않고도 제조될 수 있는 헤드 부재를 갖는 맴브레인 필터 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 본 발명에 따라, 밀봉층이 스페이서 상에 배치되고, 이 스페이서가 모세관 맴브레인에 의해 관통되는 한편, 경화되어 밀봉층을 형성하게 되는 주조 재료에 대해 불침투성인 소정 층을 구비함으로써 달성된다. 맴브레인 필터 유닛의 제조 시에, 처리되는 모세관 맴브레인의 전체 또는 개별 그룹을 둘러싸는 소정 벽이 스페이서에 있어서의 모세관 맴브레인의 개방 단부를 향하는 측에 설치되는 경우, 그 벽은 바닥을 형성하는 스페이서와 함께 밀봉층을 위한 주형을 형성한다. 또한, 본 발명의 범위 내에는, 스페이서 상에 칼라가 형성되어, 주조 재료를 위한 수용 공간을 형성하여 주형으로서 사용하는 것도 포함된다. 실질적으로, 벽은 침투물 포집 공간을 갖는 헤드 부재의 일체형 부재일 수 있으며, 침투물 포집 공간은 주조 재료로 밖으로 돌출하는 개방 맴브레인 단부와 유체 연통한다. 헤드 부재의 제조는 주형을 채우고, 이에 의해 주조 재료에 대한 불침투성인 스페이서의 층이 주조 재료가 주형 몰드 밖으로 흐르는 것을 방지함으로써 이루어진다. 이와 관련하여, 주조층의 높이는 모세관 맴브레인의 개방 단부가 폐쇄되지 않은 상태로 유지되도록 치수가 설정된다. 이러한 방식으로, 결함 없는 헤드 부재를 문제없이 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 맴브레인 필터의 경우, 별 모양, 링 모양 또는 직사각형의 기하학적 형상을 갖는 모세관 맴브레인의 조직화된 배치를 문제없이 실현할 수 있다. 그러한 배치는 작동 중에 예를 들면 중심에 공기를 가함으로써 모세관 맴브레인을 세척할 수 있다. 스페이서에 의해 개별 모세관 맴브레인 간에 정해진 간격을 보장할 수 있다. 이러한 식으로, 각 개별 모세관 맴브레인은 결함 없이 주조 재료에 의해 둘러싸이는 것이 보장된다. 게다가, 스페이서에는 예를 들면 공기의 인가를 위한 공급 라인이 마련될 수 있다.

스페이서는 모세관 맴브레인을 실질적으로 간극 없이 둘러싸는 개구를 갖는 천공 플레이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 모세관 맴브레인은 천공 플레이트의 개구를 통해 밀어 넣어진다. 이어서, 주조 재료가 스페이서의 상부에 가해진다. 천공 플레이트는 예를 들면 금속, 플라스틱 또는 엘라스토머 재료로 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 범위 내에는, 스페이서가 모세관 맴브레인을 수용하도록 개구 또는 측방향 슬롯을 갖는 가요성 플라스틱 스트립으로 이루어지는 것도 포함된다. 플라스틱 스트립은 나선형으로 감기거나, 플라스틱 스트립의 세그먼트들이 조합되어 다층 패키지를 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 스페어서는 주조 공정 전에 모세관 맴브레인의 단부에 의해 관통되는 미세 입자 고체 및/또는 연질 물질 및/또는 박막으로 이루어진 기능성 층을 갖는다. 모세관의 직경이 큰 경우, 이와 관련하여 예를 들면 뚫려진 후에 다시 용이하게 제거할 수 있는 물질로 먼저 개방 맴브레인 단부를 실질적으로 폐쇄할 수 있다. 기능성 층은 개구가 마련된 캐리어에 배치될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 전술한 맴브레인 필터 유닛을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법에서, 모세관 맴브레인에 의해 관통되고 주조 재료에 대해서 불침투성인 소정 층을 갖는 스페이서 내에 모세관 맴브레인을 그 일단부가 돌출하게 삽입한다. 이어서, 점성의 주조 재료로 된 밀봉층을 스페이서에 도포하여, 그 주조 재료로 스페이서의 상부에서 돌출하는 모세관 맴브레인들 사이의 빈 공간을 맴브레인의 단부 아래의 높이까지 채우고, 솔리드 헤드 피스를 형성하도록 경화시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예가 청구항 8 내지 16에 기재되어 있으며, 예시적인 실시예를 이용하여 후술할 것이다.

도 1은 제조 과정 중의 본 발명에 따른 맴브레인 필터 유닛을 나타내는 도면이며,

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 교시의 다른 실시예를 나타내는 도면이고,

도 6은 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도이다.

도면에는 임의의 원하는 방식으로 배치되고 적어도 한쪽 면에서 개방된 다발 또는 복수 개의 모세관 맴브레인(1)을 구비하며, 이들 모세관 맴브레인은 개방 맴브레인 단부(2)에 대해 그 단부에 근접한 영역에서 고체 헤드 부재를 형성하도록 경화되는 밀봉층(3) 내에 주조되는 그러한 액체 또는 가스 매체용 맴브레인 필터 유닛이 도시되어 있다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 개방 맴브레인 단부(2)는 밀봉층(3)의 상부, 다시 말해 헤드 부재의 외부에서 돌출한다. 밀봉층(3)은 모세관 맴브레인(1)의 개방 단부(2)로부터 멀리 향하는 측에서 스페이서(4)의 위로 향하는 측에 도포된다. 스페이서(4)는 소정 층을 구비하며, 이 소정 층은 모세관 맴 브레인(1)에 의해 관통되며, 경화되어 밀봉층(3)을 형성하는 주조 재료에 대해 불침투성이거나 적어도 상당한 정도로 불침투성을 갖는다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 스페이서(4)는 실질적으로 간극 없이 모세관 맴브레인을 둘러싸는 개구(5)를 갖는 천공 플레이트로 이루어진다. 이 실시예에 따르면, 천공 플레이트의 개구들 또는 그 개구들의 일부는 넓혀지거나 신장될 수 있다. 천공 플레이트에 모세관 맴브레인을 장착하는 것은 모세관 맴브레인을 밀어 넣거나 안으로 당김으로 달성할 수 있다.

맴브레인 필터 유닛의 제조에 있어서, 모세관 맴브레인(1)은 단부가 돌출하게 천공 플레이트(4) 안으로 삽입되어, 모세관 맴브레인(1)은 천공 플레이트(4)를 관통하게 된다. 그 후에, 벽(6)이 천공 플레이트(4)의 상부에 설치되어, 그 벽은 바닥을 형성하는 천공 플레이트(4)와 함께 밀봉층(3)을 위한 주형을 형성한다. 이어서, 점성의 주조 재료로 이루어지는 밀봉층(3)이 천공 플레이트(4)에 도포된다. 주조 재료는 천공 플레이트(4)의 상부에서 돌출하는 모세관 맴브레인(1)의 단부들 사이의 빈 공간에 채워져, 경화됨으로써 고체 헤드 부재를 형성한다. 또한, 도면들로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 천공 플레이트(4)의 각 개구(5)는 그에 할당된 모세관 맴브레인(1)을 갖고 있다. 이는 주조 재료로 각각의 개별 모세관 맴브레인(1)을 결함 없이 둘러싸는 것을 보장한다. 또한, 이러한 방식으로 모세관 맴브레인(1)의 조직화된 배치가 문제없이 달성될 수 있다. 천공 플레이트(4) 위로 돌출하는 모세관 맴브레인(1)의 단부(2)는 주조 재료의 도포 중에 폐쇄되지 않은 상태로 유지된다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 주조 재료는 모세관 맴브레인(1) 에 인접한 공급 채널(7)에 의해 스페이서(4)의 상부로 보내진다. 본 발명의 범위 내에는 밀봉층(3)을 천공 플레이트(4)에 하나 이상의 층으로 도포하는 것도 포함된다. 밀봉층을 다층으로 도포하는 경우, 매 경우 아래층이 적어도 부분적으로 경화된 후에 다음 층을 도포한다. 다층 구조는 밀봉층(3)의 물리적 특성에 대해 유리한 효과를 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리우레탄 수지 또는 엑폭시 수지와 같은 열가소성 수지 또는 듀로플라스틱(duroplastic)이 주조 재료로서 사용될 수 있다. 주조 재료가 경화된 후에, 벽(6)은 필요에 따라 제거될 수 있다.

도 2의 예시적인 실시예에서, 칼라(8)가 스페이서(4) 상에 몰딩되어, 주조 재료를 위한 수용 공간을 형성한다. 칼라(8)를 갖도록 형성된 스페이서(4)는 소실 주형(lost casting mold)(14)을 형성한다. 예시적인 실시예에서, 그러한 주형은 하나 이상의 개구(15)를 구비하며, 이 개구를 통해 주조 재료가 공급된다. 예시적인 실시예에서, 주형(14)을 형성하는 부재에는 맴브레인 필터 유닛에 가스를 인가하는 데에 사용되는 파이프 소켓(9)이 추가적으로 마련될 수 있다. 주조 재료를 공급하기 위한 또 다른 바람직한 가능성이 도 3에 도시되어 있다. 이와 관련하여, 주조 재료는 링형 간극을 갖고 주형(14)의 파이프 소켓(9)을 둘러싸는 파이프(16)를 통해 공급된다.

도 4의 예시적인 실시예에서, 스페이서(4)는 모세관 맴브레인(1)의 단부에 의해 관통되는 연질 물질의 기능성 층(10)을 구비한다. 이 기능성 층(10)은 개구가 마련된 캐리어 상에 배치된다. 연질 물질 대신에, 미세 입자 고체 또는 박막이 사용될 수도 있다.

도 5의 예시적인 실시예에서, 스페이서(4)는 모세관 맴브레인(1)을 수용하도록 개구 또는 측방향 슬롯(13)을 구비한 가요성 플라스틱 스트립(12)으로 이루어진다. 모세관 맴브레인(1)은 플라스틱 스트립(12)의 측방향 슬롯(13) 또는 개구 내에 삽입되고, 그 스트립은 나선형으로 감기게 된다. 도 5에 도시한 나선형의 구성 대신에, 플라스틱 스트립(12)의 세그먼트를 다층의 패키지로 조합할 수도 있다.

본 발명에 다른 맴브레인 필터 유닛의 경우, 예를 들면, 별 모양, 링 모양 또는 직사각형의 기하학적 형상과 같은 모세관 맴브레인의 조직적 배치를 문제없이 실현할 수 있다. 도 6에 도시한 배치 형태의 경우, 모세관 맴브레인(1)은 부채꼴 형상으로 다발을 이루고 있다. 부채꼴 사이에 빈 공간이 남아 있어, 미처리 물 측에서의 흐름이 맴브레인 섬유 다발의 내부 안으로 흐를 수 있게 한다.

Claims (16)

1. 임의의 원하는 방식으로 배치되고 적어도 한쪽 면에서 개방된 다발 또는 복수 개의 모세관 맴브레인(capillary membrane)(1)을 구비하며, 이들 모세관 맴브레인은 개방 맴브레인 단부(2)에 대해 그 단부에 근접한 영역에서 고체 헤드 부재(solid head piece)를 형성하도록 경화되는 밀봉층(3) 내에 주조되며, 이에 의해 상기 개방 맴브레인 단부(2)는 상기 밀봉층(3) 외부로 돌출하고 있는, 액체 또는 가스 매체용 맴브레인 필터 유닛에 있어서,

   상기 밀봉층(3)은 소정 스페이서(4) 상에 배치되며, 이 스페이서(4)는, 상기 모세관 맴브레인(1)에 의해 관통되는 한편, 경화되어 상기 밀봉층을 형성하게 되는 주조 재료에 대해 불침투성인 소정 층을 갖는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서(4)는 상기 모세관 맴브레인(1)을 실질적으로 간극 없이 둘러싸는 개구(5)를 갖는 천공 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 스페이서(4)는 상기 모세관 맴브레인(1)을 수용하는 개구 또는 측방향 슬롯(13)을 구비한 가요성 플라스틱 스트립(12)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
4. 제3항에 있어서, 상기 플라스틱 스트립(13)은 나선형으로 감기거나, 그 플라스틱 스트립의 세그먼트들이 다층의 패키지를 형성하도록 조합될 수 있는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
5. 제1항에 있어서, 상기 스페이서(4)는 상기 모세관 맴브레인의 단부에 의해 관통되는 미세 입자 고체 및/또는 연질 물질 및/또는 박막으로 된 기능성 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 기능성 층은 개구가 마련된 캐리어 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 맴브레인 필터 유닛을 제조하는 방법으로서,

   모세관 맴브레인에 의해 관통되고 주조 재료에 대해서 불침투성인 소정 층을 갖는 스페이서 내에 모세관 맴브레인을 그 일단부가 돌출하게 삽입하며,

   점성의 주조 재료로 된 밀봉층을 상기 스페이서에 도포하여, 그 주조 재료로 상기 스페이서의 상부에서 돌출하는 상기 모세관 맴브레인들 사이의 빈 공간을 맴브레인의 단부 아래의 높이까지 채우고, 고체 헤드 피스를 형성하도록 경화시키는 것인 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 개구를 갖는 플레이트를 사용하고, 그 개구 내에 상기 모세관 맴브레인을 삽입하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 각 개구는 그에 할당된 모세관 맴브레인을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 주조 재료에 대해 불침투성이며 상기 모세관의 삽입 중에 관통되는 소정 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
11. 제7항에 있어서, 층은 상기 모세관 맴브레인의 삽입 중에 관통되는 상기 층은 미세 입자 고체, 연질 물질 또는 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 모세관 맴브레인을 플라스틱 스트립의 개구 또는 측방향 슬롯 내에 삽입하고, 이 플라스틱 스트립을 나선형으로 감거나 그 플라스틱 스트립의 세그먼트를 패키지를 형성하도록 조합하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서 위로 돌출하는 상기 모세관 맴브레인의 단부는 상기 주조 재료의 도포 중에 폐쇄되지 않은 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 재료를 상기 모세관 맴브레인에 인접하여 상기 스페이서의 상부에 공급하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 재료를 그 주조 재료를 수용하는 부재의 하나 이상의 개구를 통해 공급하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.
16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉층을 여러 층으로 상기 스페이서에 도포하며, 매 경우 아래층이 적어도 부분적으로 경화된 후에 다음 층을 도포하는 것을 특징으로 하는 맴브레인 필터 유닛의 제조 방법.

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