KR20160068612A - Permeate carrier fabric for membrane filters - Google Patents
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Abstract
투과액 캐리어 직물(permeate carrier fabric)은, 충분한 강성을 제공하고 투과액 유동의 막힘을 저감하기 위해, 적어도 일부 모노필라멘트 합성사를 포함한다.The permeate carrier fabric includes at least some monofilament synthetics to provide sufficient stiffness and reduce clogging of the permeate flow.
Description
우선권preference
본 출원은 2012년 6월 13일에 제출된 선행 미국 출원 제13/495,505호의 일부 계속 출원이다.This application is a continuation-in-part of prior application No. 13 / 495,505, filed June 13,
이 발명은 막 필터, 예컨대 역삼투 필터, 한외여과 필터 및 기타 종류의 막 필터용의 투과액 캐리어 직물(permeate carrier fabric)에 관한 것이다. 현재, 상기 필터들은 고효율 액체 여과에 다수의 용도로 사용되고 있다. 상기 막 필터들은 나선형으로 감긴 부재들에서 보이며, 역삼투 여과 시스템, 정밀여과 시스템, 나노여과 시스템 및 한외여과 시스템과 함께 사용된다.This invention relates to membrane filters, such as reverse osmosis filters, ultrafiltration filters and other types of membrane filter permeate carrier fabrics. Presently, the filters have been used for many applications in high efficiency liquid filtration. The membrane filters are visible in helically wound members and are used in conjunction with reverse osmosis filtration systems, microfiltration systems, nanofiltration systems, and ultrafiltration systems.
상기 언급한 바와 같이, 이러한 막 필터들은, 3가지 구성요소인 막, 투과액 캐리어 직물 및 피드 스페이서(feed spacer)로 이루어진, 나선형으로 감긴 부재들을 포함하는 것이 일반적이다. 막은 분리가 일어나는 부재의 일부분이며, 역삼투, 나노여과, 한외여과 또는 정밀여과 유형의 막일 수 있다. 한편, 피드 스페이서는 인접한 두 막의 면들을 분리하며, 스페이서 및 또한 난류 촉진자의 역할을 한다. 투과액 캐리어 직물은 막의 층들 사이에 배치되며, 투과액이 인접한 막들 사이에 유동하고 부재로부터 배출되도록 하는 파이프의 역할을 한다. 복합체는 제1 막층, 중간 투과액 캐리어 직물 및 제2 막층으로 이루어진다. 이들 3가지 구성요소는 세 측에 함께 음파 용접되거나 접착되며, 이들 3부분 복합체의 다수 층들은 각각 다공성 필터 코어 둘레에 접착되어 있다. 복합체의 각 층 사이에 스페이서 직물이 사용된다. 층들은 필터의 크기/직경에 기초하여 특정 직경으로 코어 둘레에 감겨진다. 이어서 이 부재는 원통형 용기에 배치된다.As mentioned above, these membrane filters generally comprise spirally wound members, consisting of three components: a membrane, a permeate carrier fabric, and a feed spacer. Membranes are part of the separating element and can be membranes of the reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration or microfiltration types. On the other hand, the feed spacer separates the faces of the adjacent two membranes and serves as a spacer and also as a turbulence promoter. The permeate carrier fabric is disposed between the layers of the membrane and serves as a pipe through which the permeate flows between adjacent membranes and is discharged from the member. The composite comprises a first membrane layer, an intermediate permeate carrier fabric and a second membrane layer. These three components are sonically welded or bonded together on three sides, and multiple layers of these three part composite are each bonded around the porous filter core. A spacer fabric is used between each layer of the composite. The layers are wound around the core at a specific diameter based on the size / diameter of the filter. This member is then placed in a cylindrical container.
상기 언급한 바와 같이, 투과액 캐리어 직물의 목적은 액체의 유동에 방향 및 통로를 제공하는 것이다. 따라서, 붕괴를 방지하기 위해 직물 내의 원사가 충분히 단단하거나 견고한 것이 중요하다.As mentioned above, the purpose of the permeate carrier fabric is to provide direction and passage to the flow of liquid. Therefore, it is important that the yarn in the fabric is sufficiently hard or rigid to prevent collapse.
투과액 캐리어 직물은 일반적으로 편직된 폴리에스테르 트리코(tricot) 직물이다. 이 직물은, 상기 언급한 바와 같이 투과성 막들 사이에 배치된다. 트리코 편직물은, 여과되는 액체가 유동하는 파형과 흡사한 긴 연속적인 통로를 자신들 사이에 보이는 다공성 편직 구조 및 스티치의 융기 열(raised rows)로 인해 막 재료를 지지하기에 바람직한 특정 구조인 것으로 확인되었다. 그러나, 다른 종류의 편직물 또는 심지어 직포를 비롯하여, 다른 종류의 직물도 투과액 캐리어로서 사용될 수 있다. 투과액 캐리어 직물은 조밀화(compaction) 없이, 여과되는 액체의 의해 가해지는 고압을 견딜 수 있으면서, 투과액 유동을 위해 낮은 압력 강하(높은 투과성)를 가져야 한다.The permeate carrier fabric is a generally knit polyester tricot fabric. The fabric is disposed between the permeable membranes, as mentioned above. The tricot knit fabric has been found to be a particular structure desirable for supporting the membrane material due to the porous knitted structure and raised rows of stitches between which the long continuous passageways resembling the waveform of the flowing liquid flow . However, other types of fabrics, including other types of knits or even woven fabrics, may also be used as the permeate carrier. The permeate carrier fabric must have a low pressure drop (high permeability) for permeate flow, without compaction, able to withstand the high pressure exerted by the liquid being filtered.
종래에는, 일반적으로 두 종류의 투과액 캐리어 직물이 있었다. 한 종류는, 원사가 수지로 코팅되어 직물에 견고성을 부여하는 멀티필라멘트 폴리에스테르사의 편직물이다. 다른 종류의 투과액 직물은 통상의 폴리에스테르 코어와 저용융 폴리에스테르 쉬스(sheath)를 갖는 2성분사(bi-component yarn)로 이루어진 직물이다. 원사의 이 쉬스 부분은 마감처리시 용융되어 원사에 자신의 필수적인 견고성을 부여한다. 수지 코팅형 원사에 견고성을 부여하기 위해 도포되는 수지도 역시, 직물 통로를 부분적으로 차폐함으로써 투과액 유동의 일부를 제한하는 경향이 있다. 2성분 직물 중의 원사가 용융되는 경우, 다시, 동일한 결과가 발생하며, 통로가 다시 부분적으로 차폐되어 투과액 유동을 제한한다.In the past, there were generally two types of permeate carrier fabrics. One type is a multifilament polyester knit fabric which is coated with a resin to impart firmness to the fabric. Another type of permeate fabric is a fabric comprised of a bi-component yarn with a conventional polyester core and a low melt polyester sheath. This sheath portion of the yarn is melted during the finishing process to impart its essential stiffness to the yarn. The resin applied to impart firmness to the resin coated yarn also tends to limit a portion of the permeate flow by partially shielding the fabric passages. When the yarn in the two-component fabric is melted, the same result occurs again, and the passage is again partially shielded to limit the permeate flow.
그리하여 여기서 본 발명자들은, 충분히 단단하고 견고하여 붕괴되지 않고 필터 압력을 견디어 내지만, 필수적인 견고성을 제공하기 위해 기존에 필요했던 수지에 의해 야기되는 투과액 유동의 막힘을 저감할 투과액 캐리어 직물에 대한 요구가 있다고 판단하였다. 2성분 또는 수지 코팅형 멀티필라멘트사 대신에 모노필라멘트사를 사용하는 것은, 수지를 감소시키고 투과액 캐리어 직물에 이례적인 견고성과 더불어 향상된 유동성을 제공할 것이다. 본원에 사용된 바와 같이 "모노필라멘트"사는, 코어 및 쉬스를 갖는 2성분사와 구별되는 것이며, 코팅되지 않고 포장되지 않은 단일의 비교적 두꺼운 필라멘트사를 의미하려는 것이다. 예는 낚싯줄이다. 투과액 캐리어 직물에서 사용되는 모노필라멘트사는 충분히 견고하기 때문에, 이 모노필라멘트사는 코팅되거나 물리적으로 변형될 필요가 없으며, 투과액 통로가 보다 넓어 유동이 보다 양호할 것이다. 적어도 일부 모노필라멘트 폴리에스테르(또는 나일론) 원사를 포함하는 투과액 캐리어 직물은, 막의 두 층 사이에서 통로형 직물로서 사용될 것이다. 직물에서 통로를 형성하는 원사가, 붕괴 없이 필터 압력을 견뎌낼 정도로 견고한 것은 중요하다. 모노필라멘트사의 첨가는 필터 압력 조건을 견뎌내는데 필요한 필수적인 견고성을 제공한다.Thus, the present inventors have found that for permeate carrier fabrics which are sufficiently rigid and robust to withstand the filter pressure without collapsing, but which will reduce clogging of the permeate flow caused by the resin that was previously required to provide the requisite rigidity And judged that there was a demand. The use of monofilament yarns instead of two-component or resin-coated multifilament yarns will reduce the resin and provide improved fluidity with unusual robustness to the permeate carrier fabric. As used herein, "monofilament" yarn is intended to mean a relatively thick filament yarn that is distinct from a bicomponent yarn having a core and sheath and is not coated and unpackaged. An example is a fishing line. Because the monofilament yarn used in the permeate carrier fabric is sufficiently rigid, the monofilament yarn need not be coated or physically deformed, and the permeate passage will be wider and the flow will be better. A permeate carrier fabric comprising at least some monofilament polyester (or nylon) yarns will be used as a channel fabric between two layers of the membrane. It is important that the yarn forming the passageway in the fabric is robust enough to withstand the filter pressure without collapse. The addition of monofilament yarns provides the requisite robustness needed to withstand filter pressure conditions.
이러한 투과액 캐리어 직물은 완성된 필터의 디자인, 비용 및 효율을 최적화한다. 투과액 캐리어 직물에 모노필라멘트사를 사용한 결과, 추가 공정이 덜 필요하고, 투과액 캐리어 직물이 보다 견고해지며, 비용이 낮아지고, 직물 내의 통로가 넓어져 투과액 유동이 보다 양호해진다.This permeate carrier fabric optimizes the design, cost and efficiency of the finished filter. The use of monofilament yarns for the permeate carrier fabric results in less need for further processing, more robustness of the permeate carrier fabric, lower cost, wider passage in the fabric and better permeate flow.
따라서, 폴리에스테르 또는 나일론인 모노필라멘트사 가닥(ends)을 적어도 다소 포함하며 상기 모노필라멘트사 크기가 10 데니어 이상인 투과액 캐리어 직물를 제공하는 것은, 본 발명의 한 양태이다. 본 발명에 따른 투과액 캐리어 직물은 다양한 웨일수(wale count), 두께 및 중량을 가질 수 있다. 이들은 (a) 100% 모노필라멘트사, (b) 모노필라멘트사 및, 다른 방적사 또는 멀티필라멘트사, 또는 (c) 일부 2성분사와 조합된 모노필라멘트사로 이루어질 수 있다. 제조사는 원사의 엇갈림(slippage)을 방지하거나 복합체 또는 필터의 추가의 공정을 용이하게 만들기 위해, 실시양태 (a) 또는 (b)와 함께 소량의 수지를 사용하기를 원할 수도 있다. 그러나 이것은, 이전의 접근법의 코팅 공정에서 사용되는 것보다 훨씬 적은, 단지 소량의 수지일 것이다.It is therefore an aspect of the present invention to provide a permeate carrier fabric that includes at least some monofilament yarn ends that are polyester or nylon and the monofilament yarn size is at least 10 denier. The permeate carrier fabric according to the present invention may have a variety of wale counts, thicknesses and weights. These may be composed of (a) 100% monofilament yarns, (b) monofilament yarns and other yarns or multifilament yarns, or (c) monofilament yarns in combination with some binary yarns. The manufacturer may want to use a small amount of resin with the embodiment (a) or (b) to prevent slippage of the yarn or to facilitate the further processing of the composite or filter. However, this will be a small amount of resin, much less than that used in the coating process of the previous approach.
본 발명의 투과액 캐리어 직물은 편물 또는 직포일 수 있으나, 바람직한 접근은 경편물(warp knit), 바람직하게는 트리코이며, 여기서 하나 이상의 원사가 10 ∼ 40 데니어의 모노필라멘트사이다. 웨일수 및 코스수(course count)는 필터 성능에 따라 달라질 수 있으나, 웨일수는 인치(inch)당 20 ∼ 70일 것이고, 코스수도 인치당 20 ∼ 70 코스일 것이다. 모노필라멘트사는 폴리에스테르로 형성되는 것이 바람직하나, 나일론일 수도 있다. 직물이 편직기 상에서 제조되는 경우, 이 기계는 2, 3 또는 4 바(bar) 기기일 수 있다.The permeate carrier fabric of the present invention may be a knitted or woven fabric, but a preferred approach is a warp knit, preferably a tricot, wherein one or more yarns are between 10 and 40 denier monofilament yarns. The number of wales and the number of courses may vary depending on the filter performance, but the number of wales will be 20 to 70 per inch and the number of courses may be 20 to 70 per inch. The monofilament yarn is preferably formed of polyester, but may be nylon. If the fabric is manufactured on a knitting machine, the machine may be a 2, 3 or 4 bar machine.
모노필라멘트 개념은, (1) 100% 모노필라멘트사, (2) 모노필라멘트사 및, 다른 방적사 또는 멀티필라멘트사, 또는 (3) 2성분사와 조합된 모노필라멘트사를 포함하는 직물의 범위 내에 있을 수 있으며, 여기서 기계는 2 바, 3 바 또는 4 바 기계이고, 하나 이상의 바가 모노필라멘트사를 담당할 수 있으며 다른 바(들)는 다른 종류의 원사를 담당할 수 있다. 2성분사 없이 모노필라멘트사가 사용되는 경우, 소량의 수지가 편직물에 첨가될 수 있다. 수지는, 원사 끼리의 미끄러짐 또는 엇갈림을 방지하기 위해서 제공된다. 수지의 양은 직물에 유의적인 추가의 강성 또는 지지를 제공하기에는 불충분한 것이다.The monofilament concept may be in the range of fabrics comprising (1) 100% monofilament yarns, (2) monofilament yarns and other yarns or multifilament yarns, or (3) monofilament yarns in combination with bicomponent yarns Where the machine is a 2 bar, 3 bar or 4 bar machine, one or more bars may be responsible for monofilament yarns and the other bar (s) may be for other types of yarns. If monofilament yarn is used without two component yarns, a small amount of resin may be added to the knitted fabric. The resin is provided for preventing slippage or stagger of the yarns. The amount of resin is insufficient to provide significant additional stiffness or support to the fabric.
실시예 1Example 1
(1) 70 데니어 24 필라멘트 2성분, 폴리에스테르사 가닥 및 (2) 20 데니어 모노필라멘트 폴리에스테르사 가닥의 조합을 이용하여, 투과액 캐리어 직물의 시험용 샘플을 제조하였다. 2성분사 가닥은 2 바 트리코 편직기의 상부 바에 설치하였고, 모노필라멘트사 가닥은 상기 기계의 하부 바에 설치하였다. 상부 바는 2/3, 1/0 패턴을 이용하였고, 하부 바는 1/0, 1/2 패턴을 이용하였다. 각각의 빔(beam)은 1,340 가닥을 포함하였으며, 최종 직물은 인치당 60 웨일, 인치당 50 코스 및 중량이 평방 야드당 3.87 온스인 것을 목표로 하였다. 생성된 직물은 2개의 40" 패널로 나누었으며, 무게가 평방 야드 당 4.16 온스였다.(1) A test sample of a permeable liquid carrier fabric was prepared using a combination of two components of 70 denier 24 filaments, polyester yarn and (2) 20 denier monofilament polyester yarn. The two component strands were placed on the top bar of a 2 bar tricot knitting machine and the monofilament yarns were installed on the bottom bar of the machine. The upper bar used 2/3, 1/0 pattern and the lower bar used 1/0, 1/2 pattern. Each beam included 1,340 strands and the final fabric was aimed at 60 wales per inch, 50 courses per inch and weight 3.87 ounces per square yard. The resulting fabric was divided into two 40 "panels and weighed 4.16 ounces per square yard.
실시예 2Example 2
실시예 1과 동일한 원사를 사용하여 제2 시험용 직물을 제조하였으나, 완성된 직물은 인치당 46 웨일의 웨일수를 목표로 하였다. 생성된 직물은 무게가 3.23 oz/yd2였다.A second test fabric was fabricated using the same yarn as in Example 1, but the finished fabric targeted a wale number of 46 wales per inch. The resulting fabric weighed 3.23 oz / yd 2 .
실시예 3Example 3
다시 실시예 1과 동일한 원사를 사용하여 제3 시험용 직물을 제조하였으나, 목표를 인치당 35 웨일의 웨일수로 설정하였다. 생성된 직물은 무게가 2.45 oz/yd2였다.A third test fabric was again produced using the same yarn as in Example 1, but the target was set to a wale number of 35 wales per inch. The resulting fabric weighed 2.45 oz / yd 2 .
실시예 4Example 4
다른 시행은, 직물에 약간 상이한 멀티필라멘트사를 사용하여 실시하였다. 이 실시예에서는, 멀티필라멘트사가 50 데니어 24 필라멘트 2성분 폴리에스테르사였다. 그 외에, 설정은 동일하였다. 이 실시예에서, 생성된 직물은 중량이 3.07 온스/평방 야드였다.Other runs were carried out using slightly different multifilament yarns for fabrics. In this example, the multi-filament yarn was a 50 denier 24 filament two-component polyester yarn. In addition, the setting was the same. In this example, the resulting fabric weighed 3.07 ounces per square yard.
시험 1Test 1
모든 70 데니어 24 필라멘트 2성분 폴리에스테르 및 50 데니어 24 필라멘트 2성분 폴리에스테르로 형성된 종래의 트리코 편직물에 대하여, 실시예 1의 직물을 압력 시험하는 시험을 수행하였다. 70 데니어 원사 가닥은, 상부 바가 2/3, 1/0 패턴을 이용하는 트리코 편직기의 상부 빔에 설치하였으며, 50 데니어 원사 가닥은 1/0, 1/2 패턴을 이용하는 하부 바에 설치하였다. 두 직물을 인접한 역삼투 막들 사이에 배치하고, 다양한 수압에서 시험하였다. 두 직물의 수평 투과성(lateral permeability)은 차압으로 측정하였으며; 실시예 1의 직물이, 가해지는 차압에 따라 대략 30%의 투과성 개선을 보였다. 두 샘플은 양쪽 모두 막을 지지하는데에 효과적이었다.A test was conducted to test the fabric of Example 1 against a conventional tricot knit fabric formed of all 70 denier 24 filament bicomponent polyester and 50 denier 24 filament bicomponent polyester. The 70 denier yarn strands were installed in the upper beam of the tricot knitting machine with the upper bar using the 2/3, 1/0 pattern, and the 50 denier yarn strands were installed in the lower bar using the 1/0, 1/2 pattern. Two fabrics were placed between adjacent reverse osmosis membranes and tested at various water pressures. The lateral permeability of the two fabrics was measured by differential pressure; The fabric of Example 1 showed a permeability improvement of about 30% with the applied differential pressure. Both samples were effective in supporting the membrane.
Claims (24)
a) 폴리에스테르 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 일부 모노필라멘트 합성사 가닥(ends)을 포함하며,
b) 상기 모노필라멘트 합성사는 10 ∼ 40 데니어이고,
c) 이에 의해 상기 모노필라멘트 합성사가, 여과될 유체의 유동을 위해 직물을 따라 연속적인 통로를 갖는 투과액 캐리어 직물을 형성하는 경편물(warp knit)이고;
d) 이에 의해 투과액 캐리어 직물은 투과액 유동의 막힘을 저감하면서 인접한 막들을 지지하도록 구성되는 것인 투과액 캐리어 직물.Permeate carrier fabric for interposition between adjacent membranes of reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration or microfiltration systems,
a) at least some monofilament synthetizing ends selected from the group consisting of polyester and nylon,
b) the monofilament synthetic yarn is 10 to 40 denier,
c) whereby said monofilament synthetizer is a warp knit forming a permeate carrier fabric having a continuous passage along the fabric for flow of the fluid to be filtered;
d) whereby the permeate carrier fabric is configured to support adjacent membranes while reducing clogging of the permeate flow.
a) 제1 막층 및 제2 막층; 및
b) 제1 막층 및 제2 막층을 지지 및 분리하는 투과액 캐리어 직물
을 포함하며, 상기 투과액 캐리어 직물은
i) 폴리에스테르 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 일부 모노필라멘트 합성사 가닥을 포함하며,
ii) 상기 모노필라멘트 합성사는 10 ∼ 40 데니어이고,
iii) 이에 의해 상기 모노필라멘트 합성사가, 여과될 유체의 유동을 위해 직물을 따라 연속적인 통로를 갖는 투과액 캐리어 직물을 형성하는 경편물이고;
iv) 이에 의해 투과액 캐리어 직물은 투과액 유동의 막힘을 저감하면서 인접한 막들을 지지하도록 구성되는 것인 복합체.Composites for use in filters of the type used in reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration or microfiltration,
a) a first membrane layer and a second membrane layer; And
b) a permeate carrier fabric for supporting and separating the first membrane layer and the second membrane layer
, Wherein the permeate carrier fabric
i) at least some monofilament synthetic strands selected from the group consisting of polyester and nylon,
ii) the monofilament synthetic yarn is 10 to 40 denier,
iii) whereby said monofilament synthetically forms a permeate carrier fabric having a continuous passage along the fabric for flow of the fluid to be filtered;
iv) whereby the permeate carrier fabric is configured to support adjacent membranes while reducing clogging of the permeate flow.
a) 제1 막층;
제2 막층; 및
제1 막층 및 제2 막층을 지지 및 분리하는 투과액 캐리어 직물
을 포함하는 복합체; 및
b) 상기 복합체에 인접하게 배치되는 피드 스페이서(feed spacer)
를 포함하며, 상기 복합체 및 피드 스페이서는, 피드 스페이서가 복합체의 인접한 막층들 사이에 배치되도록 하여 코어 둘레에 나선형으로 감겨있고,
상기 투과액 캐리어 직물은 추가로
i) 폴리에스테르 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 일부 모노필라멘트 합성사 가닥을 포함하며,
ii) 상기 모노필라멘트 합성사는 10 ∼ 40 데니어이고,
iii) 이에 의해 상기 모노필라멘트 합성사가, 여과될 유체의 유동을 위해 직물을 따라 연속적인 통로를 갖는 투과액 캐리어 직물을 형성하는 경편물이고;
iv) 이에 의해 투과액 캐리어 직물은 투과액 유동의 막힘을 저감하면서 인접한 막들을 지지하도록 구성되는 것인 필터.Filters of the type used for reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration or microfiltration,
a) a first membrane layer;
A second film layer; And
A permeate carrier fabric for supporting and separating the first membrane layer and the second membrane layer
; And
b) a feed spacer disposed adjacent the composite;
Wherein the composite and feed spacers are spirally wound around the core such that the feed spacers are disposed between adjacent membrane layers of the composite,
The permeate carrier fabric further comprises
i) at least some monofilament synthetic strands selected from the group consisting of polyester and nylon,
ii) the monofilament synthetic yarn is 10 to 40 denier,
iii) whereby said monofilament synthetically forms a permeate carrier fabric having a continuous passage along the fabric for flow of the fluid to be filtered;
iv) whereby the permeate carrier fabric is configured to support adjacent membranes while reducing clogging of the permeate flow.
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