KR20160110949A - 나선형 융기부를 포함하는 튜브형 막 및 튜브형 막의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

튜브형 막은 다공성 지지물질의 하나 이상의 가요성 테이프(5)로 만들어진 지지튜브를 포함하고, 다공성 지지물질은 서로 밀봉되는 포게어지는 테이프 모서리(6)와 함께 튜브 형태로 나선형으로 감기고, 또한, 튜브형 막은 지지 튜브(8)의 내벽 상에 막 형성물질로 만들어진 반투성 막층(15)을 포함한다. 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부는 지지 튜브의 상기 내벽에 제공되고, 나선형 융기부는 막층(15)으로 덮히거나 막층의 부분을 형성한다.

Description

나선형 융기부를 포함하는 튜브형 막 및 튜브형 막의 제조방법 및 제조장치{A tubular membrane with a helical ridge, as well as a method and apparatus for producing such a tubular membrane}

본 발명은 서로 밀봉되는 포게어지는 테이프 모서리 및 지지튜브의 내벽상에 막형성 물질로 만들어진 반투성 막과 함께 튜브 형태로 나선형으로 감기는 다공성 지지물질의 하나 이상의 가요성 테이프로 만들어지는 지지튜브를 포함하는 형태의 튜브형 막 분야에 관한 것이다. 이와 같은 특정 튜브형 막의 gudxoss 나선형으로 감긴 튜브형 막으로 표현될 수 있다.

이와 같은 나선형으로 감긴 튜브형 막 및 이를 제조하는 방법 및 장치는 예를 들어 GB-1 325 672에 의하여 알려졌다. 이 공지기술은 심봉의 감기는 부분에 하나 이상의 다공성 섬유형 테이프를 감아 단일 또는 복수의 튜브를 제조하고, 연속적으로 액상 도프로 반투성 막을 심봉 상에 형성된 튜브의 내측에 캐스팅하는 내용을 기술하고 있다. 상기 캐스팅은 단일 공정에서, 즉 튜브형 막이 심봉 상에 형성될 때 인 시튜(in situ)로 수행된다. 이를 위하여 캐스팅은 심봉의 감기는 부분에 연결된 심봉의 캐스팅 부분을 따라 수행된다.

캐스팅 이후, 연속적인 닥터링(doctoring)이 막 형성물질이 지지 튜브의 내벽 상으로 바람직한 층 두께로 균일하게 분산되도록 수행된다. 닥터링은 또한 단일공정에서, 즉 튜브형 막이 심봉 상에 형성될 때, 인 시튜로 수행된다. 이를 위하여, 닥터링을 심봉의 캐스팅 부분에 연결된 심봉의 닥터링 부분에서 수행된다.

이와 같이 제조된 나선형으로 감겨진 튜브형 막은 충분히 부드럽고, 분리막으로 사용되는 곡면 내측 표면을 가지며, 예를 들어, 여과 공정을 위한 크로스 플로우 모듈(cross flow module)로 사용되기에 적합하다. 여과되기 위한 유체는 튜브형 막의 외측 말단 중 하나로 주입된다. 투과부 유체는 막층을 통해 흐르고, 반면 용질 및/또는 유체 내의 입자는 투과되지 않고 잔류부로 배출된다. 이와 같은 부드러운 튜브형 막에서, 주로 층류가 막층의 내부 표면을 따라 형성된다. 이 층류는 경계층으로 언급되고, 튜브형 막을 통해 흐르는 유체의 주요 유동과 잘 혼합되지 않는다.

이와 같은 튜브형 막의 여과 성능에 있어서 가장 현저한 한계는 막층 가까이에서 발생하는 농도의 양극화 및 막층을 따라 케이크 및 막층의 부착물이 축적되는 것이다. 농도 양극화는 막층 근처에 투과되지 못한 용질이 축적되는 것으로 정의되고, 그 결과, 그곳에 더 높은 용질 농도가 형성되는 것을 의미한다. 막층 근처의 투과되지 못한 용질의 농도는 100 배 가까이 증가한다. 용질 농도가 너무 높아지면, 겔이 막층 상에 축적되기 시작할 수 있다. 이와 같은 겔은 그 후 고체 케이크가 형성되는 것을 돕게 된다.

막층으로 부터 상기 투과되지 않은 용질을 제거하는 유일한 방법은 백디퓨전(back-diffusion)에 의하여 농도 구배를 낮추는 것이다. 경계층으로부터 용질을 메인 플로우로 백디퓨전하는 속도는 이와 같은 용질의 확산도에 의하여 결정되고, 또한 경계층의 두께에 의하여 결정된다. 투과되지 않은 용질의 확산도는 물리적으로 결정되는 것이기 때문에, 이와 같은 파라메터는 영향을 받을 수 없다. 하지만 경계층의 두께는 마치 국부 터뷸런스 및 2차 유동을 증가시키는 것과 같이 크로스 플로우 속도를 변화시키고 및/또는 튜브형 막 내부의 유동 패턴에 영향을 줌으로써 조절될 수 있다.

이와 같은 목적을 위하여, 터뷸런스 인핸서(turbulence enhancer) 및 2차 유동 인듀서(inducer)를 튜브형 막에 도입하여 내부의 유동 패턴을 수정하고, 특히 경계층의 두께를 감소시키는데 도움을 주는 것은 공지 기술로 잘 알려져 있다.

예를 들어, 나선형 코일 삽입재를 튜브형 막 내부에 위치시키는 것은 잘 알려져 있다. 이와 같은 코일이 감긴 상태에서 삽입되고, 막층에 대하여 위치하게 되며, 그곳에서 융기부를 형성한다. 이와 같은 융기부는 터뷸런스와 2차 유동이 융기부의 전방 및 후방에서 발생되도록 하고, 이에 따라 경계층을 혼합시키고, 농도 양극화, 케익 축적 및 막층을 따라 형성되는 축적물을 최소화하도록 한다.

그러나, 이와 같은 나선형 코일 삽입재를 사용하는 것은 다음과 같은 단점이 있다. 코일 삽입재는 우선 튜브형 막의 내부 직경보다 얇은 정도로 탄성적으로 당겨진 이후에 튜브형 막을 통하여 도입될 수 있다. 다음으로, 당겨진 상태에서 튜브형 막을 통해서 조심스럽게 당겨져서 약한 막층이 손상되지 않도록 해야 한다. 그 후, 코일 삽입재는 빠져나와서 원래의 위치로 돌아올 수 있고, 튜브형 막의 막층에 대하여 위치하게 된다. 예상할 수 있는 바와 같이, 이는 시간이 많이 소모되는 일이고, 어려운 공정이기 때문에 특히, 작은 직경의 막 튜브의 경우에 산업 스케일에서 대량으로 수행될 수 없다.

"Hydrodynamic aspects of filtration antifouling by helically corrugated membranes" in the name of L. Broussous, P. Schmidtz, H. Boisson, E. Prouzet and A. Larbot in the Journal "Chemical Engineering Science" 55 (2000) 5049-5057 논문에서, 여과 공정 중 막 표면에 가까운 곳에서 높은 수준의 터뷸런스를 유지하기 위하여 막 표면에 나선형 릴리프 스탬프(relief stamp)를 갖는 세라믹 튜브형 막 구조를 만드는 것에 대하여 언급되어 있다. 이와 같은 세라믹 형태의 튜브형 막을 제조하기 위하여, 첫번째 단계에서, 매크로-다공성 세라믹 지지튜브가 사출될 필요가 있다.

상기 릴리프 스탬프는 세라믹 지지 튜브와 함께 사출된다. 이를 위하여, 특별한 사출 헤드가 회전하는 내부 부분과 함께 필요하게 된다. 다음으로, 사출된 주름진 세라믹 지지 튜브는 오븐에서 구워져야 한다. 그 이후에 비로소, 마지막 단계에서, 구워진 주름진 세라믹 지지 튜브는 막측 내벽으로 제공된다.

이의 단점은 상대적으로 복잡한 사출공정이 필요하다는 것이다. 더욱이, 세라믹 지지튜브에 한정된다는 것이고, 이는 상대적으로 생산비용이 고가이다. 마지막으로, 이 방법으로는 막 표면의 릴리프 스탬프 때문에 단지 점진적으로 기울어진 주름만이 형성된다는 점이다. 이에 따라 제한된 경계층의 감소만을 유도할 수 있고, 성능에 있어 제한된 향상만을 얻을 수 있다.

본 발명의 목적은 상기한 하나 이상의 단점을 극복하거나 유용한 대안을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 국부 터뷸런스와 2차 유동을 증가시키고, 적절한 장치의 도움으로 산업적인 생산 방법으로서 경제적인 수단으로 생산될 수 있는 더욱 향상된 수단을 포함하는 튜브형 막을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 청구항 제1항에 따른 튜브형 막에 의하여 달성된다. 이와 같은 튜브형 막은 상기 정의된 바와 같이 나선형으로 감겨진 형태이고, 다시말해, 서로 밀봉되는 포게어지는 테이프 모서리와 함께 튜브 형태로 나선형으로 감기는 다공성 지지물질의 하나 이상의 가요성 테이프로 만들어진 지지 튜브를 포함한다. 막 형성물질로 제조된 반투성 막층은 지지 튜브의 내벽 상에 위치한다. 본 발명에 따르면 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부가 지지 튜브의 상기 내벽에 제공된다. 상기 나선형 융기부는 막층으로 덮히거나 또는 이의 일부를 형성한다.

본 발명에 따르면, 최초로 완전한 나선형 융기부를 갖는 나선형으로 감기 튜브형 막을 제공하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 형태의 나선형으로 감긴 튜브형 막을 위하여, 튜브형 막의 제조를 위하여 필요한 감기 및 캐스팅과 같은 다른 단계들과 함께 단일 공정으로 인 시튜(in situ)로 이와 같은 나선형 융기부를 제조하는 것도 가능하다. 이를 위하여, 본 발명은 통합된 나선형 융기부를 갖는 나선형으로 감긴 튜브형 막이 경제적인 방법으로 산업적인 스케일로 용이하게 제조될 수 있는 유익한 제조방법 및 장치를 제공한다. 이와 같은 방법 및 장치는 이하에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 튜브형 막의 제조를 위한 장치의 제1 구체예를 보여주는 모식도이고,
도 2는 도 1의 장치로 만들어진 튜브형 막의 세로방향 섹션을 보여주고,
도 3은 본 발명에 따른 튜브형 막을 제조하기 위한 장치의 제2 구체예를 보여주는 모식도이고,
도 4는 도 3의 장치로 제조된 튜브형 막의 세로방향 섹션을 보여주고,
도 5는 본 발명에 따른 튜브형 막을 제조하기 위한 장치의 제3 구체예를 보여주는 모식도이고,
도 6은 도 5의 장치를 이용하여 제조되는 튜브형 막의 세로방향 섹션을 보여주고,
도 7은 본 발명에 따른 튜브형 막을 제조하기 위한 장치의 제4 구체예를 보여주는 모식도이고,
도 8은 도 1의 심봉의 캐스팅 및 닥터링 부분의 변형에 대한 측면도 및 사시도이고,
도 9는 2개의 융기부를 갖는 본 발명에 따른 튜브형 막의 변형에 대한 세로방향 섹션을 보여준다.

융기부는 막층으로 덮히거나 또는 이의 일부를 형성하기 때문에, 바람직하게는 융기부는 막층의 나머지 부드러운 표면과 동일한 표면 특성을 가지며, 막의 투과 또는 차단을 제한하지 않는다.

융기부는 경계층에 대하여 바람직한 터뷸런스 및 2차 유동을 얻을 정도로 충분히 큰 축방향 및 방사상의 크기를 가질 수 있으며, 동시에 막의 단면을 심각하게 가리지 않아서 막이 막히지 않는 크기를 가질 수 있다. 이를 위하여, 융기부는 바람직하게는 0.1 - 10 mm의 두께 및/또는 튜브형 막의 내측 직경의 1 - 30 % 범위의 두께를 가질 수 있다.

융기부는 바람직한 터뷸런스 및 2차 유동이 발생하기 시작하는 것 없이 유체가 다음의 융기부로 넘어 흐르는 것을 방지할 수 있을 정도로 큰 피치를 갖는 나선형 형태일 수 있다. 이를 위하여 나선형 융기부는 바람직하게는 5 - 50 mm의 피치를 갖는다.

이와 같은 나선형 융기부를 이와 같은 형태의 나선형으로 감기는 튜브형 막에 적용함으로써, 나선형 융기부의 바로 앞 및 뒤에서 터뷸런스와 2차 유동이 발생할 수 있게 된다. 이와 같은 터뷸런스와 2차 유동은 경계층이 잘 혼합되고 나머지 유체들이 튜브형 막을 통하여 유동할 수 있도록 돕는다. 막층의 표면에서 경계층 내부로 터뷸런스와 2차 유동을 발생시키는 것은 경계층이 더 얇아지도록 하고, 결국 더 낮은 농도 양극화와 더 낮은 케이크 형성을 유도하게 된다.

이를 통해 어느 정도 더 높은 압력 강하가 발생하게 되지만, 이와 같은 나선형 융기부가 없는 부드러운 실린더형 막과 비교하여 더 높은 투과 플럭스를 가능하게 한다. 실제로, 이런 형태의 나선형으로 감긴 튜브형 막의 성능은 50 % 이상 향상될 수 있다. 이와 같이 높은 작동 플럭스는 작은 막 크기 때문에 중요한 비용 절감을 유도할 수 있고, 또한 여과 중 낮은 특정 에너지 소모(처리 유체의 세제곱미터 당 kWh)를 유도할 수 있다. 이와 같은 장점은 모든 범위의 튜브형 막에 기초한 여과, 마이크로필트레이션, 울트라필트레이션, 나노필트레이션으로부터 역삼투까지 모든 범위에서 얻어질 수 있고, 이들 모두는 본 발명에 의하여 유리한 효과가 있다.

구체적인 예에서, 나선형 융기부는 다공성 또는 반투성 물질로 제조된다. 이는 융기부의 표면이 막층과 동일한 것 뿐만 아니라, 투과부가 전체 융기부를 통해 유동할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 융기부는 투과부 유동에 대한 장애를 형성하지 않는다.

다른 구체예에서, 융기부는 전체적으로 반투성 막층과 동일 또는 유사한 막 물질로 제조될 수 있다. 이는 예를 들어, PES, PSF, PVDF, PP 또는 PA 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 융기부는 바람직하게는 막층을 제조하는 것과 하나의 캐스팅 단계에서 제조될 수 있다.

대안으로, 융기부는 또한 지지 튜브가 형성되는 가요성 테이프와 동일 또는 유사한 다공성 지지물질에 의하여 제조될 수 있다. 이는 예를 들어, PP, PET, PA, PBT 또는 이들의 혼합물의 부직포일 수 있다. 이때 융기부는 테이프를 튜브 형태로 나선형으로 감고, 다음으로는 막층으로 덮는 공정과 하나의 공정에서 형성되는 것이 바람직하다.

또 다른 튜브형 막의 구체예는 종속항들에서 설명된다.

본 발명은 또한 청구항 제7항에 따른 통합된 나선형 융기부를 갖는 나선형으로 감긴 튜브형 막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 심봉의 감기는 부분 둘레로 포게어지는 테이프 모서리와 함께 나선형으로 감기는 테이프를 가짐으로써 다공성 지지물질의 하나 이상의 가요성 테이프로부터 지지 튜브를 제조하는 단계를 포함한다. 이와 함께, 지지튜브는 연속적으로 회전하고, 심봉에 상대적으로 전방으로 이동하며, 포게어지는 테이프 모서리는 서로 밀봉된다. 다음단계에서 막 형성물질의 반투성 막층은 지지 튜브의 내벽 상에 형성된다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부는 지지 튜브의 상기 내벽에 형성된다. 이와 같은 나선형 융기부는 지지 튜브 및 막층을 제조하는 동안 막층으로 덮히거나 또는 이의 일부를 형성하게 된다.

특정 구체예에서, 융기부가 형성되는 동안, 융기부는 심봉 내의 하나 이상의 나선형 홈을 통하여 가이드된다. 바람직하게는 이를 통하여 제조 공정 중에 하나 및 동일한 심봉을 사용하는 것이 가능하게 된다.

바람직한 구체예에서, 막층을 형성하는 단계는 지지 튜브를 심봉의 캐스팅 부분상으로 가이드함에 의하여 막 형성물질의 액상 도프를 지지 튜브의 상기 내벽상에 적가하는 단계를 포함한다. 이 단계동안, 캐스팅 부분에는 가압된 막 형성물질이 도입된다. 다음 단계로, 심봉의 닥터링 부분으로 가이드함으로써 지지 튜브의 상기 내벽을 따라 적가된 막 형성물질에 대한 닥터링이 수행될 수 있다. 닥터링 동안, 통합적으로 형성된 융기부는 심봉의 닥터링 부분에 존재하는 상기 하나 이상의 나선형 홈의 첫번째 부분을 통하여 가이드된다.

첫번째 구체예에서, 융기부는 막 형성물질을 이전에 캐스팅 및 닥터링된 막층으로 캐스팅 및 닥터링하거나 또는 막층의 캐스팅 및 닥터링과 함께 캐스팅 및 닥터링된다. 심봉의 캐스팅 및 닥터링 부분을 따라 융기부의 캐스팅 및 닥터링을 수행하는 동안, 융기부는 심봉의 닥터링 부분에 제공되는 나선형 홈을 통하여 이동하는 자유도를 얻을 수 있게 된다.

두번째 구체예에서, 융기부는 심봉의 감기는 부분 둘레로 테이프와 함께 나선형을 감기는 가요성 리본 형태의 융기부에 의하여 형성된다. 이와 같은 리본 형태의 융기부는 바람직하게는 다공성 물질로 제조된다. 두번째 구체예를 위하여, 리본 형태의 융기부는 이미 존재하여 테이프에 연결되고, 이에 따라 자동으로 심봉의 감기는 부분 둘레로 테이프와 함께 나선형으로 감기거나, EH는 별도로 심봉의 감기는 부분으로 공급되어 테이프와 함께 나선형으로 감기에 테이프에 밀봉될 수 있다.

심봉의 감기는 부분 둘레로 테이프와 함께 리본 형태의 융기부가 나선형으로 감기는 동안, 리본 형태의 융기부는 심봉의 감기는 부분에 제공되는 나선형 홈을 통해 이동하는 자유도를 갖게 된다.

추가적인 제조방법의 구체예는 종속항에서 언급되어 있다.

본 발명은 또한 청구항 제13항에 따른 통합된 나선형 융기부를 갖는 나선형으로 감긴 튜브형 막을 제조하는 장치에 관한 발명이다. 본 발명에 따르면, 이 장치는 지지 튜브의 내벽 상에 융기부를 형성하는 동안, 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부를 가이드 하기 위한 외측 원주 벽의 하나 이상의 나선형 홈이 제공된 심봉을 포함한다. 만약 융기부가 감김 단계에서 만들어지는 경우, 첫번째 및 두번째 나선형 홈은 심봉의 감기는 부분 및 닥터링 부분 모두에 존재하여야 한다. 만약 융기부가 캐스팅/닥터링 단계에서 제조되는 경우, 나선형 홈은 심봉의 닥터링 부분에만 존재하면 된다.

더욱 바람직한 장치에 대한 구체예는 종속항에 기재되어 있다.

본 발명은 다음과 같이 첨부된 도면을 통하여 더 자세히 설명된다.

도 1에서, 나선형으로 감긴 튜브형 막을 제조하기 위한 장치는 심봉을 포함한다. 이 심봉은 감기는 부분(1), 캐스팅 부분(2), 및 닥터링 부분(3)을 포함한다. 다공성 지지물질의 가요성 테이프(5)는 예를 들어 릴(미도시)과 같은 적절한 도입 수단을 통하여 감기는 부분(1)으로 도입된다. 이와 같은 테이프(5)는 예를 들어 폴리에스터와 같은 직물 및/또는 부직물 다공성 물질의 하나 이상의 층으로 형성되고, 감기는 부분(1) 둘레로 포게어지는 테이프 모서리(6)와 함께 나선형으로 감기어 튜브 형태를 형성한다. 포게어지는 테이프 모서리(6)는 적절한 밀봉수단(7)에 의하여 서로 밀봉되고, 예를 들어, 이는 초음파 밀봉수단일 수 있다. 따라서 나선형으로 감긴 밀봉된 지지 튜브(8)가 형성된다.

감기는 부분(1)의 말단 근처에서 지지튜브(8) 둘레로 이동하는 구동되는 무한 벨트(9)는 지지 튜브(8)를 연속적으로 회전시키고, 심봉 섹션(1-3)으로 특정된 속도로 전방으로 이동시키기 위한 구동 수단으로 제공된다.

채널(12)은 감기는 부분(1)의 중앙을 통하여 관통하고, 캐스팅 부분(2)에서 원주둘레로 나누어진 복수의 외부 개구(13)와 연결된다. 외부 개구(13)는 캐스팅 부분(2)과 지지 튜브(8) 사이에 놓인 원주 방향의 주입 공간에서 개방된다. 막 형성 물질의 도프를 공급하게 되는 도입 수단(미도시)은 채널(12)에 연결된다.

도입 수단은 막형성물질(14), 예를 들어 고분자의 도프를 상기 공간으로 가압하에게 제공하도록 설계된다. 거기서 막 형성물질(14)은 지지 튜브(8)의 내벽에 적가된다. 다음으로, 막 형성물질(14)이 적가된 지지 튜브(8)는 닥터링 부분(3)을 따라 전방으로 회전하면서 이동되고, 막 형성물질(14)은 자동으로 막층(15)으로 닥터링된다. 최종단계에서, 이와 같이 형성된 튜브형 막은 소성되거나 또는 상전환 수단 또는 응고수단과 같은 적절한 뜨겁거나 차가운 유체로 여과되고 및/또는 공기로 건조된다.

지지 튜브(8)의 내측 직경(d1) 및 막층(15)의 내측 직경(d2)를 갖는 튜브형 막을 얻기 위하여, 심봉의 섹션은 다음의 크기를 갖는다. 감기는 부분(1)은 실린더 형태로 제조되고, 형성되는 지지튜브(8)의 내측 직경(d1)에 충분히 상응하는 직경(Dw)을 갖는다. 닥터링 부분(3)은 또한 실린더 형태이고, 형성되는 막측(15)의 내측 직경(d2)에 충분히 상응하는 직경(Dd)를 갖는다. 캐스팅 부분(2)은 닥터링 부분(3)의 직경(Dd)보다 작고, 감기는 부분(1)의 직경(Dw)보다 작은 직경(Dc)을 갖는다.

본 발명에 따르면 닥터링 부분(3)은 닥터링 부분(3)의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 일말단에서 캐스팅 부분(2) 둘레의 공간에 연결되는 상방향 나선형 홈(20)과 함께 제공된다. 막층(15)의 캐스팅 및 닥터링 동안, 나선형 홈(20)은 자동으로 그리고 동시에 막 형성물질의 융기부(21)를 캐스팅/닥터링한다.

캐스팅 부분(2)으로부터 나오는 도프는 단순히 전체 주변부를 따라 동일하게 닥터링되는 것이 아니라, 나아가 융기부(21)를 형성하게 된다. 닥터링 부분(3)을 따라 지지 튜브가 전방으로 회전하면서 이동하기 때문에, 이 융기부(21)는 지지 튜브(8)의 내벽을 따라 연속적으로 나선형인 나선 라인을 따르게 된다. 도 2 참조. 제조공정 중, 이 융기부(21)는 전체 닥터링 부분(3)을 따라 지지 튜브(8)의 전방 회전 이동 동안, 나선형 홈(20)을 통하여 연속적으로 연결된다. 이는 융기부(21)가 막층(15)의 나머지 부분과 함께 통합적으로 깨끗하게 캐스팅되고 닥터링되기에 충분한 시간을 제공한다. 따라서, 막층(15) 뿐만 아니라 나선형 융기부(21)도 지지 튜브(8)에 캐스팅되고 닥터링된다. 나선형 융기부(21)는 동일한 물질로 하나의 공정에서 형성되고, 따라서 통합된 구조를 형성하기 때문에 막층(15)의 일부를 형성하게 된다.

융기부(21)의 단면 형태 및 크기는 홈(20)의 형태 및 크기에 의하여 원하는 바에 따라 용이하게 선택될 수 있다. 형성되는 나선형 융기부(21)의 피치는 나선형 홈(20)의 피치에 종속된다. 심봉 위로 전방으로 회전하며 이동하는 지지 튜브(8)의 속도는 나선형 융기부(21)가 나선형 홈(20)을 통하여 이동하게 되는 속도에 대응하여 주의 깊게 조절될 필요가 있다.

도 3에서, 유사한 구성이 동일한 번호를 가지면서 두번째 구체예의 장치가 도시되어 있다. 이번에는 테이프(5')는 이미 통합적으로 연결되거나 또는 형성된 융기부(21')를 포함하는 감기는 부분(1)에 제공된다. 이 융기부(21')는 테이프(5')의 나머지 부분과 동일 또는 유사한 형태의 다공성 물질로 제조된다. 나아가 도 3에서 감기는 부분(1)은 하방향 나선형 홈(30)과 함께 제공된다.

감기는 공정동안, 융기부(21')는 하방향 나선형 홈(30)을 통하여 연결되고, 따라서 감기는 부분(1) 둘레로 테이프(5')의 나머지 부분과 함께 나선형으로 감겨 튜브 형태의 지지 튜브(8)로 형성된다. 통합된 융기부(21')를 갖는 지지 튜브(8)가 연이어 캐스팅 부분(2)과 닥터링 부분(3)으로 이동할 때, 막층(15)은 지지 튜브(8)의 내벽 뿐만 아니라 융기부(21')에 균일한 층 두께로 캐스팅 및 닥터링된다. 이는 도 4에서 확인할 수 있다.

나선형 융기부(21')가 감기는 부분(1) 둘레로 감기게 되는 피치는 테이프(5')가 감기는 피치와 동일하고, 따라서, 테이프(5')의 폭 및 테이프 모서리(6)의 겹치는 부분의 양에 종속된다. 나선형 홈(20, 30)의 피치는 나선형으로 감긴 융기부(21')의 피치에 대응되도록 제조된다. 나아가 하방향 나선형 홈(20)은 상방향 나선형 홈(30)보다 약간 큰 크기를 갖는다. 이를 통하여 막층(15)은 융기부(21') 상에 목적하는 층 두께로 캐스팅 및 닥터링될 수 있다.

도 5에서, 세번째 구체예가 도시된다. 이번에는 테이프(5)가 구별되는 분리된 리본 형태의 융기부(50)와 함께 감기는 부분(1)으로 제공된다. 이 리본 형태의 융기부(50)는 테이프(5)와 유사한 형태의 다공성 물질로 제조된다. 감기는 공정동안, 리본 형태의 융기부(50)는 하방향 나선형 홈(30)을 통하여 연결된다. 감기는 부분(1)에서, 포게어지는 테이프 모서리(6)가 첫번째 밀봉수단에 의하여 밀봉되어질 뿐만 아니라, 리본 형태의 융기부(50)가 두번째 밀봉수단(51)에 의하여 테이프(5)에 밀봉된다. 캐스팅 및 닥터링 부분을 위하여, 도 5의 장치는 도 3과 동일성을 유지한다. 도 6에서 도 5의 장치로 제조되는 튜브형 막을 확인할 수 있다.

도 7에서, 네번째 구체예가 도시된다. 이번에는 심봉에 나선형 홈이 제공되지 않는다. 대신에, 닥터링 부분의 자유 말단에, 노즐/외부 개구(70)가 공급되고, 이는 가압된 막 형성물질을 노즐/외부 개구(70)에 도입하는 채널(12)에 연결된다. 이미 캐스팅 및 닥터링된 막층(15)을 갖는 지지튜브가 전방으로 회전하면서 이동하는 것이 이 노즐/외부 개구(70)를 통과할 때, 내측으로 돌출된 융기부는 자동으로 막층(15)에 형성된다. 다음의 소성, 여과 및/또는 건조에 의하여 튜브형 막이 형성되고, 도 2에 도시된 바와 유사한 형태, 즉 내부에 나선형으로 감긴 지지 튜브가 있는 막 형성물질의 반투성 나선형 융기부를 갖는 막이 얻어진다.

상기 네가지 구체예 외로, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 나선형 융기부의 크기 및 형태는 용이하게 변경될 수 있다.

예를 들어 융기부의 프로파일은 삼각형, 사각형 반원형 또는 다른 형태로 형성될 수 있다. 도시되고 설명된 장치 및 방법에서, 5 - 12 mm의 직경을 갖는 튜브형 막은 효과적으로 산업적 스케일로 제조될 수 있다. 하지만 1 - 25 mmdml 직경 또한 가능하다.

심봉의 다양한 섹션의 길이는 필요에 따라 더 길게 또는 더 짧게 제조될 수 있다. 또한, 이러한 다양한 섹션을 갖는 심봉은 하나 이상의 부분으로부터 제조될 수 있다. 도 8에서, 심봉의 일 부분은 감기는 부분에 연결하기 위한 연결 수단(80) 뿐만 아니라 주로 캐스팅 부분 및 닥터링 부부(2 및 3)을 포함하는 것이 도시되어 있다. 이와 함께 캐스팅 부분(2)은 어느정도 더 길게 제조되고, 막형성물질을 다운스트림 세그먼트에 있는 도입 공간으로 공급하기 위한 복수개의 외부 개구(13)을 포함한다. 반면, 일부의 부가적인 외부 개구(81)는 나선형 홈(20)의 시작 부분 근처의 업스트림 세그먼트에 제공된다. 따라서, 충분한 막 형성물질이 융기부를 형성하기 위한 캐스팅 부분(2)에 도입되는 것이 보장될 수 있다.

단순히 하나의 나선형 융기부를 형성하는 대신에, 나선형으로 감긴 튜브형 막의 내부에 복수개의 융기부를 형성하는 것도 가능하다. 이를 위하여, 보완적인 수의 융기부와 함께 테이프를 제공하는 동안 첫번째 구체예의 닥터링 부분 내부에 보완적인 수의 나선형 홈을 제공하는 것으로 충분하고, 또는 두번째 또는 세번째 구체예의 감기는 부분 및 닥터링 부분 내부에 보완적인 수의 나선형 홈을 제공하는 것으로 충분하고, 또는 네번째 구체예의 닥터링 부분의 자유 말단에 보완적인 수의 노즐/외부 개구를 제공하는 것을 충분하다. 각각의 융기부는 그 후 서로 다른 크기 및 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 9는 두개의 나선형 융기부를 갖는 구체예를 보여주는데, 동일한 피치 p1, p2를 갖고, 제1 융기부(90)는 제2 융기부(91)의 높이(h2)보다 더 높은 높이(h1)를 갖는다. 따라서, 터뷸런스와 2차 유동가 유도되어 더 향상된 투과 플럭스-에너지 비율을 도출할 수 있도록 유도될 수 있다.

따라서, 나선형으로 감긴 튜브형 막은 다공성 또는 반투성 나선형 융기부가 형성됨과 동시에 적절한 장치에서 단일 공정에서 제조될 수 있고, 융깁는 여과 공정중에 유리한 터뷸런스 및 2차 유동을 초래하여 현저히 높은 투과 플럭스-에너지 비율을 초래하게 된다. 본 발명에 따른 튜브형 막은 용이하고 빨리 자동화된 방식으로 저비용으로 제조될 수 있다. 공지의 "부드러운" 나선형으로 감긴 튜브형 막을 형성하는 장치는 쉽게 본 발명에 따른 튜브형 막을 위하여 변형될 수 있다. 이는 단순히 나선형으로 홈이 형성된 심봉을 위치시키는 것으로 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 튜브형 막은 (폐)수 여과, 맥주 여과, 유제품 여과 등과 같은 모든 종류의 여과 공정에서 유리하게 사용될 수 있다.

Claims (15)

1. 서로 밀봉되는 포게어지는 테이프 모서리로 나선형으로 감겨 튜브 형태를 이루는 다공성 지지물질의 하나 이상의 가요성 테이프로 만들어진 지지 튜브; 및
   지지 튜브의 내벽 상에 막 형성 물질로 만들어진 반투성 막층을 포함하고,
   상기 지지 튜브의 상기 내벽 상에 상기 막층으로 덮히거나, 막층의 일부를 형성하는 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 융기부는 다공성 또는 반투성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 융기부는 막층과 동일한 반투성 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 융기부는 테이프에 밀봉되고, 테이프와 함께 나선형으로 감기는 가요성 리본형태의 융기부인 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나선형 융기부의 2 이상은 상기 내벽을 따라 서로 이격되게 연장되면서 제공되는 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지튜브, 막층, 및 나선형 융기부는 하나의 연속공정에서 인시튜(in situ)로 제조되는 것을 특징으로 하는 튜브형 막.
   
7. 포게어지는 테이프 모서리로 테이프를 나선형으로 감아 심봉의 감기는 부분 주변으로 튜브 형태를 형성하되, 지지 튜브는 연속적으로 회전하고 심봉에 대하여 전방으로 이동하고, 포게어지는 테이프 모서리는 서로 밀봉됨에 의하여, 다공성 지지물질인 하나 이상의 가요성 테이프로 지지튜브를 제조하는 단계; 및
   지지 튜브의 내벽에 막 형성물질의 반투성 막층을 형성하는 단계를 포함하고,
   적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부는 지지 튜브의 상기 내벽에 형성되고, 지지 튜브 및 막층을 제조하는 동안, 나선형 융기부는 막층으로 덮히거나 또는 막층의 일부를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 튜브형 막의 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서, 형성과정에서 상기 융기부는 심봉에서 하나 이상의 나선형 홈에 의하여 가이드되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 막층을 형성하는 단계는
   심봉의 캐스팅 부분 상으로 지지 튜브를 가이드함에 의하여 막 형성물질의 액상 도프를 상기 내벽에 적가하되, 상기 캐스팅 부분에는 가압된 막 형성물질이 주입되는 단계; 및
   심봉의 닥터링 부분상으로 가이드함에 의하여 적가된 막 형성물질을 지지 튜브의 상기 내벽을 따라 닥터링(doctoring)하는 단계를 포함하고,
   상기 닥터링하는 동안, 융기부는 심봉의 닥터링 부분에 존재하는 상기 하나 이상의 나선형 홈의 첫번째를 통하여 가이드되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서, 막층을 캐스팅하고 닥터링하는 동안, 융기부는 반투성 막 형성물질을 막층으로 캐스트하거나 또는 막층과 함께 캐스트하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
    
11. 제9항에 있어서, 상기 막층의 캐스팅 및 닥터링 이전에, 상기 융기부는 심봉의 감기는 부분 주변으로 테이프와 함께 나선형으로 감기는 가요성 리본 형태의 융기부에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 리본 형태의 융기부는 테이프로부터 분리된 감기는 부분으로 도입되고, 감기는 부분을 따라 테이프에 밀봉되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
    
13. 적어도 감기는 부분 및 캐스팅 부분을 포함하는 심봉;
    테이프를 감기는 부분으로 도입하기 위한 도입 수단;
    심봉에 대하여 지지 튜브를 연속적으로 회전시키고 전방으로 이동시키기 위한 구동 수단;
    포게어지는 테이프 모서리를 서로 밀봉하기 위하여 감기는 부분을 따라 위치한 밀봉 수단; 및
    캐스팅 부분에 가압된 막 형성물질을 도입하기 위한 도입수단을 포함하고,
    하나 이상의 나선형 홈이 심봉에 제공되어, 지지 튜브의 내벽에 융기부가 형성되는 동안 적어도 하나의 내측으로 돌출된 나선형 융기부가 지지 튜브의 내벽에 형성되는 동안 이를 가이드하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 튜브형 막을 제조하는 장치.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 심봉은 닥터링 부분으로 가이드하여 지지 튜브의 상기 내벽을 따라 적가된 막 형성물질을 닥터링하기 위한 닥터링 부분을 포함하고, 하나 이상의 나선형 홈 중 첫번째가 심봉의 닥터링 부분에 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
    
15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 나선형 홈의 두번째가 심봉의 감기는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.

Images