KR20180052729A - 나선형 권선 모듈, 브라인 실 및 단부 캡을 포함하는 필터 어셈블리 - Google Patents

나선형 권선 모듈, 브라인 실 및 단부 캡을 포함하는 필터 어셈블리 Download PDF

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Abstract

압력 용기의 내부 챔버 내로 삽입되도록 구성된 필터 어셈블리에 있어서, 적어도 하나의 막 덮개(4) 및 유입구 스크롤 면(30)과 배출구 스크롤 면(32)과 원통형 외주면(38)을 형성하는 X 축을 따라 연장되는 중심 투과 튜브(8) 주위에 동심원으로 권선된 공급 스페이서 시트(6)를 포함하는 나선형 권선 막 모듈(2), 상기 유입구 스크롤 면(30)의 일부분을 덮는 표면(72)과 상기 유입구 스크롤 면(30)을 통해 상기 모듈(2)의 상기 공급 스페이서 시트(6)로 유체의 흐름을 허용하기 위한 상기 투과 튜브 근처의 상기 단부 캡 표면(72)의 적어도 하나의 개구(76)를 갖는 단부 캡(33), 및 상기 압력 용기의 상기 내부 챔버와 맞물리도록 구성된 외경을 획정하는 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(70)을 갖는 브라인 실(65)을 포함하고; 상기 브라인 실은 상기 단부 캡(33)에 밀봉된다.

Description

나선형 권선 모듈, 브라인 실 및 단부 캡을 포함하는 필터 어셈블리
본 발명은 나선형 권선 막 모듈(spiral wound membrane module), 단부 캡 및 브라인 실(brine seal)을 포함하는 필터 어셈블리에 관한 것이다.
나선형 권선 막 모듈은 다양한 역 삼투(reverse osmosis, RO) 및 나노여과(nanofiltration, NF) 응용 분야에서 사용된다. 전형적인 실시예에서, 원통형 나선형 권선 막 모듈은 두 개의 대향하는 스크롤 면(scroll face) 및 외주면(outerperipheral surface)을 형성하도록 하나 이상의 막 덮개 및 공급 스페이서(feed spacer)들을 투과 수집 튜브(permeate collection tube)에 대해 동심원으로 권취하여 구성된다. 생성된 나선형 번들(spiral bundle)은 테이프 또는 다른 수단에 의해 제자리에 고정된다. 압력 용기(pressure vessel)의 내부 챔버(chamber) 내에 모듈을 설치하기 전에 모듈의 외주면 주위에 다양한 유형의 실(seals)이 적용될 수 있다. 대표적인 예는 US4016083, US4299702, US4600512, US5128037, US5381260, US5851267, US6299772, US7208088, US8110016, US8377300, US8388842, US8425773, US8728213 및 US8778182에 기재되어있다. 다양한 공급 스페이서들 및 흐름 유형(flow configurations)이 이러한 모듈과 함께 사용하기 위해 기재되어있다. US5458774, US6881336, US8337698, US2003 / 205520, US2004 / 0182774, US2013 / 146532, US2014 / 042080, US2014 / 183134, JP2013 / 071098 및 CN201799220을 참조한다.
작동 중에, 가압된 공급 유체가 막 덮개의 표면을 가로 질러 통과하고 인가된 압력에 의해 "용매"(예를 들어, 물)의 일부가 막을 통과하고(즉, "투과 물"을 형성한다), 반면 "용질"(예를 들어, 염)은 막을 통과 할 수 없고 나머지 공급은 농축된다(즉, " 농축액"을 형성 함). 모듈의 "회수(recovery)"또는 "회수율(recovery rate)"은 투과액으로서 막을 통과하는 공급 용액의 백분율로 정의된다.
높은 회수율로 작동할 때 스케일 형성이 주요 문제가 된다. 일단 용해도 한계를 넘어서 농축되면, 보유된 염(예를 들어, CaCO3, CaSO4)이 막에 스케일을 형성하기 시작한다. 이것은 주거(residential)의 RO 시스템의 장기간 작동에 특히 문제가 된다. pH 조절, 스케일 방지제 또는 빈번한 청소를 사용하여 높은 회수율로 작동하는 대형 산업 시스템과 달리 대부분의 가정용 시스템에는 이러한 옵션이 없다. 주거 RO 시스템에 사용되는 나선형 권선 모듈은 일반적으로 20~35%의 회수율로 작동하도록 설계되었다. 보다 높은 회수율(예를 들어, 35% 이상)에서 동작하면 비 연화 주거용 물 공급원이 종종 상당한 양의 칼슘 및 중탄산염 이온을 함유하므로 스케일링으로 이어진다. 새로운 필터 어셈블리 디자인은 스케일링에 대한 민감도를 줄이면서 더 높은 회수 동작을 가능하게 한다.
압력 용기의 내부 챔버 내로 삽입되도록 구성된 필터 어셈블리에 있어서, 적어도 하나의 막 덮개(4) 및 유입구 스크롤 면(30)과 배출구 스크롤 면(32)과 원통형 외주면(38)을 형성하는 X 축을 따라 연장되는 중심 투과 튜브(8) 주위에 동심원으로 권선된 공급 스페이서 시트(6)를 포함하는 나선형 권선 막 모듈(2),
상기 유입구 스크롤 면(30)의 일부분을 덮는 표면(72)과 상기 유입구 스크롤 면(30)을 통해 상기 모듈(2)의 상기 공급 스페이서 시트(6)로 유체의 흐름을 허용하기 위한 상기 투과 튜브 근처의 상기 단부 캡 표면(72)의 적어도 하나의 개구(76)를 갖는 단부 캡(33), 및
상기 압력 용기의 상기 내부 챔버와 맞물리도록 구성된 외경을 획정하는 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(70)을 갖는 브라인 실(65)을 포함하되, 상기 브라인 실은 상기 단부 캡(33)에 밀봉된다. 일 실시예에서, 브라인 실은 외주면의 일부분에 동심원으로 배치된다.
다른 실시예에서, 필터 어셈블리는 특히 어셈블리가 35% 보다 높은 회수율로 작동될 때 막 상의 스케일의 형성을 완화하도록 적합화 된다. 또 다른 실시예에서, 어셈블리는 이온을 형성하는 고밀도의 스케일 영역에서 유량을 감소시키는 모듈을 통한 반경 방향 공급 흐름 경로를 촉진시킨다. 또 다른 실시예에서, 어셈블리는 동일한 작동 회수에 대해 통상적인 것보다 더 높은 공급 흐름 속도를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 어셈블리는 공급 흐름 바이패스를 방지하기 위한 개선된 방법을 제공하는데, 이는 결과적으로보다 높은 공급-측 압력 강하를 위해 특히 중요하다. 많은 추가적인 실시예가 설명된다.
본 발명 및 다양한 실시예들은 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 도면들은 설명을 용이하게 하기 위해 제공되었으며 반드시 일정한 것은 아니다. 이들 섹션 내에서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 나선형 권선 막(spiral wound membrane module) 모듈을 부분적으로 절단한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 유체 흐름 패턴을 도시하는 부분적으로 조립된 나선형 권선 막 모듈의 사시도이다.
도 3은 분리된 단부 캡(end cap) 및 브라인 실(brine seal)을 갖는 나선형 권선 막 모듈을 포함하는 필터 어셈블리의 일 실시예의 사시도 및 압력 용기(pressure vessel) 내로 로딩된 어셈블리의 사시도이다.
도 4a-c는 3 개의 상이한 실시예들의 사시도를 도시하며, 각각은 나선형 권선 모듈(부분적으로 절단 됨)의 배출구 스크롤 면(outletscroll face)에 부착된 단부 캡을 도시한다.
도 5a는 브라인 실, 입구(entrance) 단부 캡 및 출구(exit) 단부 캡을 도시한다. 도 5b는 이들 구성 요소들을 포함하는 부분적으로 조립된 모듈을 도시한다.
도 6a는 입구 단부 캡(브라인 실을 포함하는), 출구 단부 캡 및 나선형 권선 모듈의 세 부분에 대한 실시예들을 보여주는 사시도이다. 도 6b는 도 6a의 조립된 부분을 도시한 사시도이다.
도 7은 입구 스크롤 면 상의 단부 캡, 출구 스크롤 면 상의 단부 캡, 모듈의 외부면을 둘러싸는 브라인 스페이서(spacer) 및 브라인 스페이서의 하류(downstream)에 있는 홀을 갖는 외측 표면을 갖는 모듈의 사시도이다.
본 발명은 나선형 권선 막 모듈(spiral wound membrane module)을 포함하는 필터 어셈블리(filter assembly)를 포함한다. 대표적인 나선형 권선 막 모듈은 일반적으로 도 1에서 참조번호 2로 도시된다. 모듈(2)은 축(X)을 따라 연장되는 투과 수집 튜브(permeate collection tube)(8) 주위에 하나 이상의 막(membrane) 덮개(envelope)(4) 및 공급 스페이서 시트(들)(feed spacer sheet)("공급 스페이서들")(6)를 동심원으로 감아서 형성된다. 각각의 막 덮개(4)는 막 시트(sheet)(10, 10')의 두 개의 실질적으로 직사각형인 섹션을 포함하는 것이 바람직하다. 막 시트(10, 10')의 각각의 섹션은 막 또는 전방면(34) 및 지지 또는 배면(36)을 갖는다. 막 덮개(4)는 막 시트(10, 10')를 중첩하고 그 가장자리(edge)를 정렬시킴으로써 형성된다. 바람직한 실시예에서, 막 시트의 섹션들(10, 10')은 투과 스페이서 시트(12)를 둘러싸고 있다. 샌드위치-유형 구조는 네 번째 가장자리 즉, "근위 가장자리(proximal edge)"가 투과 수집 튜브(8)와 접하는 동안 밀봉재(sealant)(14)에 의해 세 개의 가장자리들(16, 18, 20)을 따라 함께 고정되어 덮개(4)를 형성하고, 덮개(4)의 내부 부분(및 선택적인 투과 스페이서(12))은 투과 수집 튜브(8)의 길이를 따라 연장되는 복수의 개구들(opeanings)(24)과 유체 연통(fluid communication)한다. 각 막 시트(10, 10')의 활성 막 영역(25)은 작동 중에 액체가 덮개(4) 내로 통과할 수 있는 막의 영역에 해당한다;(접착제, 테이프 등으로 절연되어있는 비활성 막 영역(25')과는 대조적으로, 막을 통과하여 투과 덮개 내부로 액체가 흘러 들어가는 것을 방지한다). 모듈(2)은 공급 스페이서 시트(6)에 의해 각각 분리된 단일 덮개 또는 복수의 막 덮개들(4)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 막 덮개들(4)은 인접하게 위치한 막 리브 패킷(leaf packets)의 뒷면(36) 표면을 결합함으로써 형성된다. 막 리프 패킷은 두 개의 막 "리브들"을 한정하기 위해 자체적으로 접힌 실질적으로 직사각형의 막 시트(10)를 포함하며, 각 리프의 전방면들(34)이 서로 마주하고 접힌부분(fold)이 막 덮개(4)의 근위 가장자리(22)와 축 방향으로 정렬되어 즉, 투과 수집 튜브(8)와 평행하다. 공급 스페이서 시트(6)는 접힌 막 시트(10)의 마주하는 전방면들(34) 사이에 위치하는 것으로 도시되어있다. 공급 스페이서 시트(6)는 모듈(2)을 통한 공급 유체의 흐름을 용이하게 한다. 도시되지는 않았지만, 추가적인 중간 층이 또한 어셈블리에 포함될 수 있다. 막 리브(leaf) 패킷의 대표적인 예들 및 그 제조 방법은 Haynes 등의 미국 특허 제7,875,177호에 더 기재되어있다.
모듈 제조 동안, 투과 스페이서 시트들(12)은 그 사이에 끼워진 막 리브 패킷들을 통해 투과 수집 튜브(8)의 원주 둘레(circumference)에 부착될 수 있다. 인접하게 위치된 막 리브들(10, 10')의 후방 측면(36)은 그 주변부(periphery)(16, 18, 20)의 부분 주위로 밀봉되어 투과 스페이서 시트(12)를 둘러싸고, 막 덮개(4)를 형성한다. 투과 스페이서 시트를 투과 수집 튜브에 부착하기 위한 적절한 기술은 Solie의 US 5538642에 기재되어있다. 막 덮개(4)와 공급 스페이서(6)는 투과 수집 튜브(8)에 동심원으로 감겨져 있거나 롤링되어 있어, 두 개의 대향하는 스크롤 면들(유입구 스크롤 면(30) 및 배출구 스크롤 면(32))을 형성하며, 막 리브들의 말초 단부들(distal ends)은 원통형 주변부(39)를 형성한다.
생성된 나선형 번들(bundle)은 테이프 또는 다른 수단에 의해 제 위치에 고정된다. Larson 등의 미국 특허 제7951295 호에 기술된 바와 같이, 모듈의 스크롤 면들(30, 32)은 트리밍(trimming) 될 수 있고, 밀봉재가 선택적으로 스크롤 면들(30, 32)과 투과 수집 튜브(8) 사이의 접합부에 선택적으로 적용될 수 있다. 외주면(outerperipheral surface)(38)은 원통형 주변부(cylindrical periphery)(39) 주위에 형성 될 수 있다. 외주면(38)은 상기 모듈의 원통형 주변부(39)에 도포된 섬유 유리 코팅과 같은 불침투성 층(impermeable layer)(78)을 포함할 수 있다. 대안으로, McCollam의 미국 특허 제8142588 호에 기재된 바와 같이 테이프 층이 사용될 수 있다. 또한 JP 2005/279556 및 JP 1037560을 참조하라. 또 다른 실시예에서, 다공성 물질(porous material)(예를 들어, 네팅, 메시, 천공된 필름)은 액체가 흐를 수 있는 다공성 외부 표면(80)을 형성하도록 선택될 수 있다.
도 7에 도시된 바람직한 실시예에서, 외주면(38)은 홀들(93)을 갖는 폴리머 필름 층(polymeric film layer)(예를 들어, 테이프 또는 열 수축)을 포함한다. 홀들(93)은 공급 스페이서 시트(6)와 유체 연통한다. 홀들(93)은 임의의 형상(예를 들어, 둥근, 정사각형, 슬릿) 일 수 있다. 그러나, 스케일 축적을 피하기 위해, 이들은 적어도 1mm의 최소 폭 치수를 갖는 것이 바람직하다. 홀들(93)은 외주면(38) 전체 또는 일부분에 걸쳐 분포 할 수 있습니다. 홀들은 막 덮개(4) 및 공급 스페이서들을 동심원으로 권취(winding)하기 전 또는 후에 풀리머 필름 층에 적용될 수 있다. 홀들을 적용하는 수단은 필름을 통한 절단, 천공 또는 용융을 포함한다. 일 실시예에서, 홀들은 하나 이상의 권선 부품(공급 스페이서, 투과 스페이서 또는 막 시트)의 융점보다 낮은 온도에서 필름을 용융시킴으로써 권선 모듈에 적용된다.
이와 유사하게, 모듈의 원통형 주변부(39)에 적용하기 전이나 후에 다른 외부 표면 또는 코팅 재료가 사용되어 다공성으로 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 브라인 실(65)은 모듈(2)의 외주면(38)의 일부분 주위에 배치되고 외주면(38)은 브라인 실(65)의 하류(downstream) 위치에서만 다공성이다.
이 용도에 사용되는 막들은 역 삼투(reverse osmosis, RO) 또는 나노 여과(nanofiltration, NF)로 분류될 수 있다. 덮개들을 형성하는데 사용되는 RO 막들은 사실상 모든 용해된 염과 상대적으로 불침투성이며, 전형적으로 염화나트륨과 같은 1가 이온을 갖는 약 95% 이상의 염을 배출(reject)한다. RO 막들은 또한 일반적으로 약95 % 이상의 무기 분자뿐만 아니라 약 100 달톤(Daltons) 이상의 분자량을 갖는 유기 분자를 배출한다. NF 막은 RO 막보다 투과성이 높으며, 1가 이온을 갖는 염의 약 95% 미만을 배출하는 반면, 2가 이온의 종류에 따라 2가 이온을 갖는 염의 약 50% 이상(그리고 종종 90 % 이상)을 배출한다. 또한 NF 막은 일반적으로 분자량이 약 200~500 달톤 이상인 유기 분자뿐만 아니라 나노 미터 범위의 입자도 배출한다. 이 설명을 위한 목적으로, "과 여과(hyperfiltration)"라는 용어는 RO와 NF를 모두 포함한다.
막 시트는 특별히 제한되지 않으며 다양한 재료들 예를 들어, 셀룰로스 아세테이트 재료, 폴리 술폰, 폴리 에테르 술폰, 폴리 아미드, 폴리 술폰 아미드, 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드 등이 사용될 수 있다. 바람직한 막은 1) 부직포(nonwoven) 지지(backing) 웹(web)(예를 들어, 아와 제지 회사에서 입수 가능한 폴리 에스테르 섬유 직물과 같은 부직포)의 지지 층(후방 측면)(예를 들어, Awa Paper Company로부터 입수 가능한 폴리에스테르 섬유 직물과 같은 부직포 섬유), 2) 약 25-125㎛의 전형적인 두께를 갖는 다공성 지지체(support)를 포함하는 중간층 및 3) 전형적으로 약 1 마이크론보다 작은 두께를 갖는, 예를 들어, 0.01 마이크론 내지 1 마이크론이지만 보다 일반적으로는 약 0.01 내지 0.1 마이크론인 박막 폴리아미드 층을 포함하는 상부 판별(discriminating) 층(전방면)을 포함하는 3층 복합체(composite)이다.
지지 층은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 배향될 수 있는 섬유를 포함하는 부직포 또는 섬유의 웹 매트를 포함한다. 대안적으로, 돛 직물(sail cloth)과 같은 직조된 섬유(woven fabric)가 사용될 수 있다. 대표적인 예는 US 4214994, US 4795559, US 5435957, US 5919026, US 6156680, US 2008/0295951 및 US 7048855에 기재되어있다. 다공성 지지체는 전형적으로는 투과물의 통과를 필연적으로 제한하지 않음을 허용하기에 충분한 크기의 공극(pore)을 갖는 폴리머 물질이며, 다만 그 위에 형성된 박막 필름 폴리아미드 층의 브리징 오버(bridging over)를 방해하기에 충분히 크지 않다. 예를 들어, 지지체의 공극 크기는 바람직하게는 약 0.001 내지 0.5㎛의 범위이다. 다공성 지지체의 비 제한적인 예는 폴리설폰, 폴리에테르 설폰, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리 테르이 미드, 폴리아크릴로 니트릴, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 다양한 할로겐화 중합체로 만들어진 것들을 포함한다. 판별층은 바람직하게는 마이크로 다공성 폴리머 층의 표면상의 계면 중축합 반응(interfacial polycondensation reaction)에 의해 형성된다. 상대적으로 얇기 때문에, 생성된 폴리아미드 층은 다공성 지지체 상의 코팅 커버리지 또는 로딩의 관점에서 종종 기술되며, 예를 들어, 다공성 지지체의 표면적 1m2 당 약 2 내지 5000mg, 보다 바람직하게는 약 50 내지 500mg / m2의 폴리아미드이다.
역 삼투를 위한 원형-특유의(proto-typical) 막들은 m-페닐렌 디아민(m-phenylene diamine)과 트리메소일 클로라이드(trimesoyl chloride)의 반응에 의해 만들어진 FilmTec 사의 FT-30?? 형 막들이다. 이 및 다른 계면 중축합 반응은 여러 소스들(예를 들어, US 4277344 및 US 6878278)에 설명되어 있다. 폴리아미드 막 층은 다공성 지지체의 적어도 일면 상에 다작용성 아민 단량체(polyfunctional amine monomer)와 다작용성 아실 할라이드 단량체(polyfunctional acyl halide monomer)를 계면 중합함으로써 제조 될 수 있다(여기서 각 용어는 단일 종 또는 복수의 종의 사용을 모두 의미하는 것으로 의도된다). 본원에 사용된 용어 "폴리아미드(polyamide)"는 아미드 결합(-C(O)NH-)이 분자 사슬을 따라 발생하는 폴리머를 지칭한다. 다작용성 아민 및 다작용성 아실 할라이드 단량체는 용액으로부터의 코팅 단계에 의해 다공성 지지체에 가장 일반적으로 적용되며, 다작용성 아민 단량체는 전형적으로 수성(polyamide) 또는 극성(polar) 용액 및 유기-기반 또는 비-극성 용액으로부터의 다작용성 아실 할라이드로부터 코팅된다.
나선형 권선 모듈의 다양한 구성 요소를 구성하기 위한 다른 재료는 당 업계에 잘 알려져 있다. 막 덮개들을 밀봉하기 위한 적합한 밀봉재는 우레탄, 에폭시, 실리콘, 아크릴 레이트, 핫 멜트 접착제 및 UV 경화성 접착제를 포함한다. 덜 일반적이지만, 열, 압력, 초음파 용접 및 테이프의 적용과 같은 다른 밀봉 수단이 또한 사용될 수 있다. 투과 수집 튜브는 전형적으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리술폰, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등과 같은 플라스틱 물질로 만들어진다. 트리코(tricot) 폴리에스테르 물질은 일반적으로 투과 스페이서로 사용된다. 추가적인 스페이서들은 US 8388848에 설명되어 있다.
작동 시에, 가압된(pressurized) 공급 용액은 막 리브들(10, 10')의 전방면(34)을 가로 질러 농축(concentrate) 및 투과 스트림으로 분리된다. 도 1의 화살표는 종래 모듈(2)을 통한 공급 및 투과의 일반적인 흐름 방향(26, 28)을 도시한다. 공급 유체는 유입구 스크롤 면(30)으로부터 모듈(2)로 들어가고 배출구 스크롤 면(32)에서 모듈(농축으로서)을 나오게 된다. 막을 통과한 투과 유체는 화살표(28)로 표시된 바와 같이 투과 수집 튜브(8)에 대해 일반적으로 수직인 방향(즉, 축 X)인 투과 스페이서 시트(12)를 따라 흐른다.
도 2a 및 도 2b는 지배적인 공급 흐름이 투과 수집 튜브(8)에 대해 반경 방향으로 있는 모듈(2)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 관점에서 모듈(2)은 공급 흐름 방향을 더 잘 보여주기 위해 풀린 상태(unwound state)로 표시된다. 점선으로 표시된 화살표(48)는 주로 투과 튜브로부터 막 시트의 말초 단부(20)를 향하는 공급 스페이서 시트(6) 내의 공급 흐름 경로(path)를 도시한다. 본 발명의 목적을 위해, 대부분의 공급이 투과 튜브(8) 근처에서 유입되고, 주변 표면(38) 근처에서 빠져 나갈 경우 모듈은 외측 반경 흐름 경로를 가지며, 투과 튜브(8)의 중심 축(X)에 수직인 공급 속도 성분의 크기는 대부분의 활성 막 층(25)에 대한 공급 속도의 50%보다 크다. 도 2a의 흐름 경로는 그것의 외주면(38)으로부터 모듈을 나가는 공급과 일치한다. 도 2b에서 흐름 경로는 모듈의 외주면(38) 근처의 배출구 스크롤 면(32)으로부터 모듈을 나가는 공급과 일치한다. 바람직한 배열은 공급이 외주면(38) 및 배출구 스크롤 면(32) 모두에서 배출되는 배열뿐만 아니라 이러한 흐름 경로들을 포함한다.
공급 스페이서 시트(6)는 Conwed Plastics의 상표명 VEXARTM 또는 Johnson의 미국 특허 제6881336호에 기재된 바와 유사한 다수의 교차 필라멘트들(crossing filaments)을 포함하는 중합체 웹 또는 네트 재료의 시트를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 공급 스페이서는 0.5mm 미만의 두께이다. 바람직하게는, 공급 스페이서는 0.5 psi/ft보다 큰 투과 수집 튜브(8)에 수직한 흐름에 대한 중간 저항을 가지며, 보다 바람직하게는 1 psi/ft 이상, 또는 심지어 2 psi/ft 초과하고, 25°C에서 측정했을 때 평균 흐름 속도는 15cm/sec이다. 일 실시예에서, 공급 스페이서는 모듈 전체에 걸친 흐름에 대해 균일한 저항성을 갖는다.
바람직한 일 실시예에서, 공급 스페이서 시트(6)는: i) 유입구 스크롤 면(30)으로부터 배출구 스크롤 면(32)을 향해 투과 수집 튜브(8)를 따라 연장되는 공급 입구 섹션(50), ii) 배출구 스크롤 면(32)으로부터 유입구 스크롤 면(30)을 향해 외주면(38)(즉, 막 덮개(20)의 말초 가장자리에 인접한) 근처를 따라 연장되는 공급 출구 섹션(52), 및 iii) 공급 입구 섹션(50)과 공급 출구 섹션(52) 사이에 위치한 중심 공급 섹션(54)을 포함한다. 공급 스페이서 시트(6)의 공급 입구 섹션(50) 및 중심 공급 섹션(54)은 각각 흐름에 대한 별개의(distinct) 중간 저항을 가질 수 있으며; 여기에서 "흐름에 대한 저항"이라는 용어는 25°C에서 15cm/초의 물 속도에서의 거리 단위당 압력 강하를 지칭한다. 보다 구체적으로, 공급 입구 섹션(50)은 투과 수집 튜브(8)에 평행한 방향으로 유체에 대한 중간 저항을 가지며, 이는 투과 수집 튜브(8)에 수직한 방향으로 중심 공급 섹션(54)의 흐름에 대한 중간 저항의 25% 미만이다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 공급 스페이서 시트(6)의 공급 출구 섹션(52)은 또한 흐름에 대한 중간 저항을 가지며, 이는 투과 수집 튜브(8)에 수직한 방향으로 중심 공급 섹션(54)의 흐름에 대한 중간 저항의 25% 미만이다. 이러한 방식으로, 공급 유입(50) 및 출구(52) 섹션들은 공급 유체가 중심 공급 섹션(54)으로 및 중심 공급 섹션(54)으로 흐르게 하기 위해 저 저항 흐름 분배기로서 효과적으로 기능한다. 바람직하게는, 중심 공급 섹션(54)에서 투과 수집 튜브(8)에 수직한 흐름에 대한 중간 저항은 평균 유속 15cm/sec로 25°C에서 측정했을 때 0.5 psi/ft (11.2 kPa/m) 이상이며, 보다 바람직하게는 1 psi/ft (22.6 kPa/m)보다 크거나, 또는 심지어 2 psi/ft (45.2 kPa/m) 이상이다. 공급 입구 섹션(50) 및/또는 공급 출구 섹션(52)에서의 투과 수집 튜브(8)에 평행한 흐름에 대한 중간 저항은 유속 15cm/초로 25°C에서 측정했을 때 바람직하게는 1.0 psi/ft (22.6 kPa/m) 미만이고, 보다 바람직하게는 0.5 psi/ft (11.2 kPa/m) 미만, 또는 심지어 0.25 psi/ft(5.7 kPa/m) 미만이다.
공급 스페이서 시트(6)는 흐름에 대한 상이한 저항을 갖는 구별되는 섹션들(공급 입구(50), 공급 출구(52) 및 중심 공급(54))을 갖는 단일 시트의 형태 일 수 있거나, 모듈 조립을 용이하게 하기 위해 함께 고정될 수 있는 별도의 섹션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급 스페이서 시트(6)는 상이한 두께, 자유 체적, 필라멘트 수, 필라멘트 사이의 각도 및 스트랜드 씨닝(strand thinning)을 갖는 섹션으로 제조될 수 있다. 흐름(48)의 방향에 대한 공급 스페이서의 방향은 또한 특정 방향의 유동 저항을 변화 시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 스페이서 재료가 공급 입구 섹션(50) 및 공급 출구 섹션(52)에서처럼 중심 공급 섹션(54) 내에서 사용될 수 있지만 투과 수집 튜브(8)에 평행한 방향(예를 들어, 축 X)으로 흐름에 대한 저항을 변화시키는 방식으로 개별 필라멘트를 배향시킴으로써(예를 들어, 90°로) "구별(distinct)"될 수 있다. 바람직하게는, 중심 공급 섹션(54)은 투과 튜브(8)에 수직 한 방향으로 더 낮은 유동 저항을 제공하도록 배향된 네트(net)를 포함한다. 바람직하게는, 공급 입구 섹션(50) 및/또는 공급 출구 섹션(52)은 투과 수집 튜브(8)에 평행한 방향으로 더 낮은 유동 저항을 제공하도록 배향된 네트를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 투과 수집 튜브(8)에 평행한 공급 흐름에 대한 저항은 공급 스페이서 시트(6) 전체에 걸쳐 하나 이상의 섹션에서 공급 스페이서 시트(6)의 성분을 변경함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 공급 입구 섹션(50) 및/또는 공급 출구 섹션(52)에서 네트의 영역들이 절단될 수 있다. 바람직하게는, 제거된 부분은 투과 수집 튜브(8)의 방향으로 연장되고 배향된다. 대안적으로, 흐름 채널은 투과 튜브(8)의 방향으로 흐름을 보다 쉽게 하기 위해 네트에 엠보싱(embossing)될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스페이서 시트(6)의 전체는 제1 스페이서 시트 유형을 포함 할 수 있고, 하부 저항 층이 공급 스페이서 시트(6)의 공급 입구 및 공급 출구 섹션들(50, 52) 중 하나 또는 모두에서 제1 스페이서 시트 유형과 겹치도록 추가될 수 있고, 그에 따라 주어진 섹션 내에서 유동 저항이 낮아진다. 더 일반적으로, 모듈(2)은 중심 공급 섹션(52) 내에 위치된 제1 스페이서 시트 유형을 포함할 수 있고, 공급 스페이서 시트(6)의 공급 입구 섹션(50) 또는 공급 출구 섹션(52) 중 어느 하나는 제1 스페이서 시트 유형 및 제2 스페이스 시트 유형과 오버랩되는 제2 스페이서 시트 유형 모두를 포함할 수 있고, 바람직하게는 제2 스페이서 시트 유형은 제1 스페이서 시트 유형보다 투과 수집 튜브(8)에 평행한 방향의 흐름에 대한 작은 중간 저항을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 제2 스페이서 시트 유형은 투과 수집 튜브(8)에 수직인 방향보다 투과 수집 튜브(8)에 평행한 방향의 흐름에 대한 저항이 덜한 방향으로 배향된 네트이다. 제2 스페이서 타입은 모듈 롤링(rolling)을 돕기 위해 제1 스페이서 시트 유형에 부착(affixed)될 수 있다. 공급 스페이서 시트(6)의 공급 입구 섹션(50) 및 공급 출구 섹션(52)은 점선(56, 58)에 의해 중심 공급 섹션(54)로부터 분리된 것으로도 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서 축척대로 도시되지는 않았지만, 공급 입구 섹션(50) 및 공급 출구 섹션(52)은 각각 바람직하게는 공급 스페이서 시트(6)의 전체 영역의 20% 미만(보다 바람직하게는 15% 미만 또는 심지어 10% 미만)을 포함하고, 중심 공급 섹션(54)은 전체 영역의 대부분(예를 들어, 60%, 75%, 90% 등)을 포함한다. 도시된 바람직한 실시예에서, 공급 입구 및 출구 섹션들(50, 52)은 일반적으로 직사각형이며 투과 촉진 튜브(8)를 따라 그리고 외주면(38) 근처에 각각 위치된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 공급 스페이서 시트(6)의 공급 출구 섹션(52)의 대다수(영역의 50% 이상)는 바람직하게는 활성 막 영역(25) 및 모듈의 주위면(38) 사이의 위치에서 막 시트(10)의 비-활성 막 영역(25')과 평면 접촉한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 공급 출구 섹션(52)은 그것의 활성 막 영역(25)에 대해 말초 지점에서 막 시트(10)의 비-활성 막 영역(25')에만 접촉한다.
작동 시, 공급은 투과 수집 튜브(8)에 인접한 유입구 스크롤 면(30)에 위치한 공급 입구 영역(60)으로 흐르고, 공급 입구 섹션(50) 내에서 투과 수집 튜브(8)를 따라 축 방향으로 흐른 다음 중심 공급 섹션(54)을 통해 반경 방향으로 외주면(38)을 향해 흐른다. 도 2a는 다공성 외주면(38)을 통해 배출로 남게 되는(leaving as reject) 공급과 일치하는 흐름 경로를 도시한다. 도 2b는 공급 출구 섹션(52) 내의 공급 흐름 방향의 변화를 나타내며, 원통형 주변부(39)에 인접한 배출구 스크롤 면(32)에 위치한 공급 출구 영역(64)에서 모듈(2)을 빠져 나가기 위해 축 방향으로 공급이 흐른다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공급 흐름은 모듈로 들어가고 공급 입구 섹션(50)을 통과 할 때 상대적으로 낮은 저항을 겪는다. 이 낮은 저항 영역은 반경 방향으로 공급이 방향 전환될 수 있게 해 주며 투과 수집 튜브(8)에 가장 가까운 중심 공급 섹션의 거절 단부(reject end) 상의 "데드(dead)" 영역을 방지하고, 그렇지 않으면 공급 흐름은 정체될 수 있다. 더욱이, 공급 출구 섹션(52)은 공급 흐름이 모듈의 주변부(39) 근처의 활성 막(25)을 가로 질러 높고 균일 한 속도를 유지하도록 하며, 스케일 농도(scalant concentration)가 가장 높다. 모듈의 주변부(39)(막 덮개(4)의 말초 단부 근처)는 투과 역 압력이 가장 큰 지점이기 때문에 이 위치에서 플럭스(flux)가 감소한다. 결과적으로 스케일링이 발생하기 어려워 나선형 권선 막 모듈을 기존의 설계보다 높은 회복율(recovery rates)로 작동시킬 수 있다.
반경 방향 흐름을 갖는 스케일을 추가로 감소시킬 수 있는 바람직한 실시예에서, 막 시트(10, 10')의 각 섹션에 대한 활성 막 영역(25)은 폭(유입구(30) 및 배출구(32) 스크롤 면들 사이의 방향에서) 보다 길다(투과 튜브(8) 및 외주면(38) 사이의 방향에서). 바람직하게는, 막 시트(10, 10')의 각 섹션의 활성 막 영역(25)은 길이와 폭의 비율이 적어도 2이며, 보다 바람직하게는 적어도 4이며, 심지어 적어도 8이다. 이러한 방식으로, 공급 스페이서 시트(6)가 높은 공급 농도를 갖는 섹션들(52, 54)을 통해 반경 방향으로 흐를 때, 높은 혼합 비율이 공급 스페이서 시트(6) 내에서 유지된다. 공급이 다공성 외부 표면을 통과하도록 출구 섹션(52)을 통해 반경 방향으로 흐르면, 바람직한 형상(preferred geometry)은 중심(54) 및 출구(52) 섹션들 모두에서 동일한 공급 스페이서를 사용한다. 이러한 구성에서, 입구 영역(50)은 선택적으로 투과 수집 튜브(8)에 평행한 공급 흐름에 대한 여전히 감소된 저항을 갖는다.
도 3에 도시 된 바와 같이, 필터 어셈블리는 투과 수집 튜브(8) 근처에 위치하고 모듈의 외주면(38)으로부터 이격된 영역으로의 공급 흐름을 제한하는 유입구 스크롤 면(30)에 접하는 표면(72)을 갖는 제1 단부 캡(33)을 갖는다. 단부 캡(33)은 유입구 스크롤 면(30)을 통해 모듈(2)의 공급 스페이서 시트(6)로 유체가 흐르는 것을 허락하기 위해 투과 튜브(8) 근처의 단부 캡 표면(72)에 적어도 하나의 개구(76)를 갖는다. 단부 캡 표면(72)은 바람직하게는 유입구 스크롤 면(30)의 적어도 75%를 덮는다. 이러한 구성은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 앞서 설명 된 바와 같이, 투과 튜브 근처의 모듈로의 공급 흐름을 용이하게 한다.
반경 방향 흐름을 용이하게 하고 모듈로부터 축 방향 공급 흐름을 위한 짧은 경로를 방지하기 위해, 제2 단부 캡(35)이 배출구 스크롤 면(32) 상에 존재할 수 있다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 배출구 스크롤 면(32)을 위한 적합한 제2 단부 캡(35)을 도시한다. 도 2b의 흐름 경로와 일치하여, 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예는 스크롤 면(32)을 부분적으로 덮고 공급이 외주면(38) 근처의 모듈을 빠져나갈 수 있게 하는 표면(72')을 갖는 단부 캡(35)을 도시한다. 도 2a에 도시된 흐름 경로와 일치하여, 도 4c의 실시예는 전체 배출구 스크롤 면(32)을 덮는 표면(72')을 갖는 슬리브(sleeve)를 구비한 단부 캡(35)을 도시하며, 유체가 다공성 외부 표면(80)을 통해 빠져 나가도록 한다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 실시예에서, 다공성 표면(80)은 그의 외주면(38)의 대다수로부터 모듈(2) 로의 공급을 허용할 수 있다.
단부 캡 표면(72, 72')은 두 개의 모듈 스크롤 면들(30, 32) 중 하나와 접하는 중심 축(X)에 수직하게 위치하며, 중심 축(X)은 일반적으로 "접하는 스크롤 면(abutted scroll surface)(31)"이라고 지칭되며 도 5b에서 도시된다. 이들 표면들(72, 72') 중 적어도 하나는 도 3 내지 도 7의 각각에서 라벨링 된다. 그러나, 라벨은 버팅(butting) 스크롤 면(31)과 접촉하는 표면을 가리키며 투시도(perspective drawing)에서 보여질 수 있는 표면일 필요는 없다는 것을 인식 할 것이다. 단부 캡 표면(72)은 접하는 스크롤 면(31)의 대부분을 통한 흐름을 제한한다. 바람직하게는, 상기 단부 캡 표면(72, 72')은 상기 접하는 스크롤 면(31)의 적어도 75%, 80% 또는 심지어 90%를 덮는다. 이러한 목적을 위해, 스크롤 면 영역은 막, 공급 스페이서, 투과 스페이서 및 관련 접착제로 구성된 투과 튜브(8)와 주위 표면(38) 사이의 환형(annular) 영역의 단면에 대응한다. 바람직하게는, 탄성 표면 또는 접착제(62)(예를 들어, 용융된 폴리머 또는 반응성 접착제)에 의해 단부 캡 표면(72, 72')이 인접한 스크롤 면(31)의 일부로 밀봉된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 단부 캡 표면(72)은 투과 튜브(8)의 전체 또는 일부에 대해 배치될 수 있다.
도 3에 더 도시된 바와 같이, 필터 어셈블리는 업계에서 표준 관행에 따라 압력 용기(90)의 내부 챔버(89) 내에 설치되도록 설계된다. 압력 용기(90)의 선택은 특별히 제한되지 않지만, 작동 중에 사용되는 압력에 견딜 수 있는 견고한 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 용기 구조는 내부에 수납될 모듈 또는 모듈들의 외주면(38)의 외부 직경보다 약간 큰 내부 직경을 갖는 원통형 내부 챔버(89)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 3의 실시예에서, 압력 용기(90)는 챔버(89)의 한 단부에 위치한 공급 유입구(92), 바람직하게는 챔버의 대향 단부에 위치한 농축 배출구(94) 및 적어도 하나의 투과 배출구(96)를 포함한다. 압력 용기(90)는 또한 하나 이상의 모듈(2)로 로딩된 내부 챔버(89)를 밀봉하는 하나 이상의 단부 피스들(end pieces)(98)을 포함할 수 있다.
모듈(2) 용 브라인 실(65)은 최대 외부 직경을 한정하는 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(flexible lip)(70)을 갖는다(용어 "립(lip)"은 또한 셰브론(Chevron) 실 및 US4016083, US6299772 및 US20100147761A1에 기재된 다른 것들을 포함하는 다양한 플랙서블 돌출부(flexible protrusions)를 포함할 수 있다). 일단 모듈(2)이 압력 용기(90)에 장착되면, 브라인 실(65)의 립(70)은 압력 용기(90)의 내부 챔버(89)와 맞물리고 유입구 스크롤 면(30) 주위의 바이-패싱(by-passing)으로부터 공급 흐름을 제한한다. 바람직한 실시예에서, 립(70)은 방향 바이어스를 갖는다(예를 들어, 실을 가로 지르는 압력의 방향 차이에 기인하여 직경이 확장 됨). 특히, 립(70)은 배출구 스크롤 면(32)보다 유입구 스크롤 면(30)에서 더 큰 유체 압력에 노출될 때 반경 방향 외측으로 우선적으로 구부러진다. 도 3의 실시예에서, 브라인 실은 모듈의 외주면(38)의 일부분을 중심으로 동심원으로 뻗어 그 외주면(38)을 밀봉한다.
도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 브라인 실(65)은 단부 캡(33)의 표면(72)에 접촉되어 밀봉된다. 이들 두 개의 실시예들에서, 캡(33)은 단부 캡 표면(72)으로부터 축 방향으로 연장되는 슬리브(74)를 포함한다. 연장 슬리브(74)는 모듈의 외주면(38)의 일부분을 중심으로 동심원으로 위치된다. 바람직하게는, 브라인 실(65)은 슬리브 (74)와 접촉하여 밀봉된다. 도 5a는 브라인 실(65)과 두 개의 단부 캡들(33, 35)을 개별적으로 도시한다. 도 5b는 브라인 실(65)이 제1 단부 캡(33)의 슬리브(74) 둘레에 감겨진 부분 어셈블리를 도시한다. 대안적으로, 단부 캡(33)이 모듈(2)에 장착된 후에 브라인 실(65)이 적용될 수 있다. 브라인 실(65)은 작동 중에 다양한 수단, 예를 들면 스트레칭으로 인한 텐션, 본딩(예를 들어, 접착제 또는 몰드-인-플레이스를 사용하여), 테이프 등에 의해 제 위치에 유지될 수 있으며, 또는 슬리브(74)는 브라인 실(65)이 가해진 압력에 대해 미끄러지는 것을 방지하는 상승된 리지(raised ridge)(91)를 포함할 수 있다.
단부 캡들(33, 35)은 몇 가지 방법으로 모듈(2)에 결합될 수 있다. 도 5a는 제2 단부 캡(35)을 배출구 스크롤 면(32)에 부착하기 전에 제2 단부 캡(35)에 도포된 접착제(62)를 도시하고, 이 접근법은 제1 단부 캡 표면(72)을 유입구 스크롤 면(30)에 밀봉하기에 적합할 수 있다. 단부 캡들(33, 35)은 또한 모듈(2)상의 제 위치에 성형되거나 부가 적인 제조 공정을 통해 적용될 수 있다. 단부 캡들은 도 6a 및 도 6b에 제시된 바와 같이 스핀 용접(spin welding)에 의해 부착될 수 있다. 도 6a는 그것의 스크롤 면들(30, 32)과 동일 높이로 절단된 투과 튜브(8)와 선택적 투과 튜브 연장부를 포함하는 제1 및 제2 단부 캡들(33, 35)를 포함하는 모듈(2)을 포함한다(제1 단부 캡(33)에 대해 명시적으로 도시되지는 않았지만, 스핀 용접 용 단부 캡들(33, 35)은 모듈과 결합하기 위한 밀착-결합 부(close-fit parts)를 포함하는 것이 바람직하다). 도 6a의 제1 단부 캡(33)은 또한 슬리브(74) 둘레에 감겨진 브라인 실(65)을 도시하지만, 브라인 실(65)은 또한 스핀 용접 후에 적용될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 단부 캡(35)에 대한 투과 튜브 연장부 상에 O-링(67)이 도시되어 있지만, 이 선택적 O-링은 나중에 대안적으로 적용될 수 있다. 도 6b는 제1 및 제2 단부 캡들(33,35)이 부착된 결과적인 모듈(2)을 도시하며, 이 경우에는 연장된 투과 뷰트(8)를 형성한다.
단부 캡 표면(72, 72')과 접하는 스크롤 면(31) 사이의 유체 밀봉이 유지되도록 단부 캡 표면(72, 72')은 바람직하게 모듈(2)의 일부에 부착된다. 예를 들어, 슬리브(74)는 모듈(2)의 외주면(38)에 부착될 수 있다. 상기 단부 캡 표면(72, 72')은 스크롤 면(31)에 부착될 수 있다. 또한, 단부 캡 표면(72, 72')은 접착제 또는 스핀 용접에 의해 투과 뷰트(8)에 부착될 수 있다. 공급 흐름을 위한 유체 경로가 접하는 스크롤 면(31)에 인접한 공급 스페이서(모듈 내의) 내에 여전히 존재할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 단부 캡 표면(72, 72')과 접하는 스크롤 면(31) 사이의 밀봉을 유지하는 것은 공급 용액의 적어도 95%가 모듈 내의 공급 스페이서를 통과하기 위해 공급 흐름 바이패스를 방지한다.
단부 캡(33)의 연장 슬리브(74) 상에 브라인 실(65)을 위치시키는 것은 몇 가지 이점을 갖는다. 이는 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(70)이 용기의 범위에 더 잘 맞도록 유입구 스크롤 면(30)로부터 하류에 있는 외주면(38)의 일부분을 중심으로 동심원에 위치되도록 한다. 바람직한 실시예에서, 슬리브(74)는 단부 캡 표면(72)으로부터 축 방향으로 적어도 1cm 연장되고, 브라인 실(65)은 유입구 스크롤 면(30)으로부터 더 하류에 위치될 수 있다. 이는 표준 압력 용기(90) 내에서 더 긴 모듈이 사용될 수 있게 하고 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(70)은 여전히 압력 용기(90)의 내부 영역(89)에 결합될 수 있다. 반경 방향 흐름을 촉진하는 고 저항 및 기하구조(단부 캡들을 포함하는)의 공급 스페이서 시트(6)와 관련하여, 대향하는 스크롤 면들(30, 32) 사이의 압력 강하는 특히 파울링(fouling) 또는 스케일링(scaling) 이후의 통상적인 작동에 대한 압력 강하를 크게 초과할 수 있다. 이 경우, 슬리브(74) 상에 브라인 실(65)을 위치시키는 것이 또한 슬리브가 매끄러운 표면을 제공하기 때문에 유리하며, 이는 모듈(2)과 브라인 실(65) 사이의 바이 패스를 방지 할 수 있다. 최종적으로, 필터 어셈블리를 위한 또 다른 바람직한 기하구조(도 5b 참조)에서, 모듈(2)의 외주면(38)은 다공성 표면(80)을 포함하고, 슬리브(74)는 다공성 표면(80) 위에 축 방향으로 연장된다. 이러한 기하구조는 농축된 공급이 슬리브 밑으로 통과하도록 하고 브라인 실(65) 아래 공간에서 모듈을 나갈 수 있게 한다. 일 실시예에서(도시되지 않음), 모듈의 다공성 외주면(80)과 주변 슬리브(74) 사이의 스페이서(예를 들어, 리브, 범프)는 둘 사이의 공급 흐름을 위한 경로를 생성한다.
유입구 스크롤 면(30)에서 모듈(2)로 들어가는 공급 흐름은 투과 수집 튜브(8) 근처의 공급 스페이서 시트(6) 영역을 따라 축 방향으로 흐름으로써 모듈을 가로 질러 균등하게 분배된다. 도 2a-b와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이, 축 방향 흐름은 투과 튜브에 평행한 공급 흐름에 대한 감소된 저항을 갖는 공급 입구 섹션(50)을 제공함으로써 촉진될 수 있다. 다른 실시예에서, 축을 따르는 흐름은 배출(배출구) 측 상의 투과 튜브(8) 근처에 소량의 바이패스를 제공함으로써 촉진된다. 도 5a는 이러한 목적을 위해 제2 단부 캡(35)의 오리피스(orifice)(99)를 도시한다. 다른 실시예에서, 제2 단부 캡(35)은 투과 튜브(8) 근처에서 작은 누출을 제공할 수 있다. 도 5a에 도시 된 바와 같이, 단부 캡(35)을 모듈(2)에 결합시키는 접착제(62)의 패턴은 투과 튜브(8) 부근에 접착제-프리 영역(95)을 생성할 수 있고, 그래서 모듈을 빠져 나오기 위해 튜브(8)에서 가장 가까운 공급 스페이서(6) 내에서 농축된 공급을 빼내기 위한 경로가 유지되도록 한다. 바람직하게는, 공급의 10% 미만, 보다 바람직하게는 공급의 5% 미만은 배출 측 상의 튜브(8) 근처에서 모듈을 빠져 나간다. 이러한 방식으로, 공급 흐름은 공급 스페이서의 첫 번째 랩을 가로 질러 더 분산된다(투과 튜브에 평행 한 방향으로).
도 3-7에 도시된 모듈 및 브라인 실은 또한 몇 가지 다른 선택적인 특징을 도시한다. 모듈은 상기 스크롤 면들(30, 32)의 하나 또는 모두를 넘어 연장되는 투과 튜브(8)를 가질 수 있고, 또는 투과 튜브(8)는 스크롤 면과 동일한 높이가 될 수 있다. 용기(90)의 투과 배출구(96)와 결합하기 위해, 투과 튜브(8)는 O-링과 같은 밀봉 부재(67)를 한쪽 또는 양쪽 단부(들) 또는 어느 쪽 단부에도 포함할 수 있다. 바람직하게는, O-링은 배출구 스크롤 면(32)에 가장 근접하고 브라인 실(65)에 가장 근접한 스크롤 면과 대향하는 투과 튜브(8)에 부착된다. 도시되지는 않았지만, 투과 수집 튜브(8)는 투과가 통과할 수 없도록 유입구 스크롤 면(30)에 가장 근접한 밀봉된 단부를 더 포함할 수 있다. 단부 캡(33, 35) 상의 위치 설정 부재(37)는 그것을 투과 튜브(8) 또는 모듈의 주변 표면(38)에 정렬 시킬 수 있다.
도 7은 외주면(38)이 브라인 실(65)의 다공성 하류에만 있는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. "브라인 실의 하류" 영역은 공급-측 압력 강하의 관점에서 정의된다. 브라인 실(65)의 외주면(38)의 하류 영역은 브라인 실의 동심의 플랙서블 립(concentric flexible lip)(70)이 압력 용기의 내부 챔버와 결합하는 바로 상류 위치보다 공급-측 압력이 낮은 영역이다(작동 중). 브라인 실의 주변 표면(38) 상류 영역은 공급-측 압력이 더 높다. 도시된 실시예에서, 브라인 실은 모듈의 외주면(38)의 일부분에 동심원 상으로 배치되고 밀봉된다. 이 실시예에서, 외주면(38)은 바람직하게는 브라인 실(65)의 비-다공성 상류이고 외주면(38)의 적어도 일부는 브라인 실의 다공성 하류이다. 이런 방식으로, 공급은 브라인 실(65)의 하류 영역으로부터 모듈의 외주면(38)을 빠져나갈 수 있다. 다공성 표면(80)은 바람직하게는 전술 한 바와 같이 1mm 폭보다 큰 복수의 분포된 홀들(93)을 포함한다.
본 발명은 특히 가정용으로 설계된 시스템에 적합하며, 예를 들어 그것들은 2 m2 이하, 보다 바람직하게는 1m2 이하의 막 영역을 갖는다. 그러한 모듈에 대한 축(X)의 방향으로의 활성 막(25)의 바람직한 폭은 0.5m 미만이다. 축 X에 수직인 방향에서의 활성 막(25)의 바람직한 길이는 1m보다 크다. 그러나, 기술된 방법들은 더 큰 모듈들(예를 들어, 8 인치 직경)에 유사하게 적용될 수 있으며, 이들 모듈은 축 방향 흐름 기하학적 구조를 갖는 모듈을 또한 포함하는 용기의 최종 모듈로서 시스템에서 특히 유용할 수 있다. 이 경우, 막 시트(10, 10')의 각 섹션의 활성 막 영역(25)에 대한 바람직한 비율(길이 대 폭)은 바람직하게는 적어도 2 이상, 보다 바람직하게는 적어도 4 이상 또는 심지어 적어도 8 이상이다.

Claims (10)

  1. 압력 용기(pressure vessel)의 내부 챔버(chamber) 내로 삽입되도록 구성된 필터 어셈블리(filter assembly)에 있어서,
    적어도 하나의 막 덮개(membrane envelope)(4) 및 유입구 스크롤 면(inlet scroll face)(30)과 배출구(outlet) 스크롤 면(32)과 원통형 외주면(outerperipheral surface)(38)을 형성하는 X 축을 따라 연장되는 중심 투과 튜브(central permeate tube)(8) 주위에 동심원으로 권선된 공급 스페이서 시트(feed spacer sheet)(6)를 포함하는 나선형 권선 막 모듈(spiral wound membrane module)(2),
    상기 유입구 스크롤 면(30)의 일부분을 덮는 표면(surface)(72)과 상기 유입구 스크롤 면(30)을 통해 상기 모듈(2)의 상기 공급 스페이서 시트(6)로 유체(fluid)의 흐름을 허용하기 위한 상기 투과 튜브 근처의 상기 단부 캡 표면(72)의 적어도 하나의 개구(opening)(76)를 갖는 단부 캡(end cap)(33), 및
    상기 압력 용기의 상기 내부 챔버와 맞물리도록 구성된 최대 외경(outerdiameter)을 획정하는 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(flexible lip)(70)을 갖는 브라인 실(brine seal)(65)을 포함하되,
    상기 브라인 실은 상기 단부 캡(33)에 밀봉되는, 필터 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 단부 캡(33)은 상기 외주면(38)의 일부분과 동심원(concentrically)으로 위치되고 상기 단부 캡 표면(72)으로부터 축 방향으로 연장되는 슬리브(sleeve)(74)를 더 포함하,는 필터 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 브라인 실(65)은 상기 슬리브(74)에 밀봉되는 필터 어셈블리.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 브라인 실(65)은 상기 슬리브(74)에 대해 동심원으로 감싸고(wrap), 상기 슬리브(74)는 반경 방향(radially)으로 연장되는 상승된 리지(raised ridge)(91)를 포함하는, 필터 어셈블리.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 슬리브(74)는 상기 단부 캡 표면(72)으로부터 적어도 1 cm 축 방향으로 연장되는, 필터 어셈블리.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 반경 방향으로 연장되는 플랙서블 립(70)은 상기 외주면(38)의 일부분에 대해 동심원으로 위치되는, 필터 어셈블리.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 모듈(2)의 상기 외주면(38)은 다공성 표면(porous surface)(80)을 포함하고, 상기 슬리브(74)는 상기 다공성 표면(80) 상에서 축 방향으로 연장되는, 필터 어셈블리.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 단부 캡 표면(72)은 상기 유입구 스크롤 면(30)의 적어도 75%를 덮는, 필터 어셈블리.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 립(70)은 상기 배출구 스크롤 면(32)보다 상기 유입구 스크롤 면(30)에서 더 큰 유체 압력을 받을 때 반경 방향 외측으로 구부러지는, 필터 어셈블리.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 단부 캡 표면(72)은 상기 유입구 스크롤 면(30)에 밀봉되는, 필터 어셈블리.
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