KR20190061087A - 나선형 권취 요소를 위한 간섭 패턴 - Google Patents

나선형 권취 요소를 위한 간섭 패턴 Download PDF

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Abstract

본 발명의 구현예들은, 전체 접힌 멤브레인 시트 또는 그 일부의 양 대향면 상에 증착되는 간격 요소들을, 동일한 시트의 일부에 증착되는 특징부들과 함께 제공하여, 달리 달성 가능하지 않은 간격 기하형상을 형성한다.

Description

나선형 권취 요소를 위한 간섭 패턴
본 발명은 나선형 권취 멤브레인 투과성 멤브레인 요소를 포함하는, 유체 성분의 분리에 유용한 투과성 멤브레인 시스템에 관한 것이다.
나선형 권취 멤브레인 여과 요소는 멤브레인을 통해 중심관까지 전달되는 유체의 제거를 위한 경로를 형성하는 다공성 투과 스페이서에 또는 그 주위에 밀봉되는 멤브레인 시트로 이루어진 적층 구조로 구성되는 한편, 이러한 적층 구조는 중심관 주위에 나선형으로 감기며 다공성 공급 스페이서로 그 자체로부터 이격되어, 요소를 통한 유체의 축방향 유동을 허용한다. 이러한 공급 스페이서는 적층 구조 사이의 개방된 균일한 축방향 유동을 유지하는 데에 필요한 한편, 이는 또한 축방향 유동 채널 내의 유동 제한 및 압력 강하의 근원이며, 또한 생물학적 성장을 통한 멤브레인 오염, 스케일 형성, 및 입자 포획에 상당히 기여하는 멤브레인에 대한 접촉 및 유동 제한 영역을 제공한다.
나선형 권취 요소의 설계의 개선이 Barger 등 및 Bradford 등에 의해 개시되었고, 이는 공급 스페이서를 멤브레인의 활성면 또는 외면 상에 직접 엠보싱되거나 증착되는 아일랜드들 또는 돌출부들로 대체한다. 이러한 구성은 유동 채널 내의 방해물을 최소화하는 한편 요소를 통한 축방향 유동을 위한 간격을 유지한다는 점에서 유리하다. 이는 또한 별개의 구성요소인 다공성 공급 스페이서를 제거하여 요소 제조를 단순화한다. "개선된 나선형 권취 요소 구성(Improved Spiral Wound Element Construction)"이라는 명칭의 특허 공개 번호 US 2016-0008763-A1에는, 멤브레인 시트의 활성면의 이면 상의, 또는 직접적으로 투과 스페이서의 표면 상의 인쇄된 패턴들의 적용이 교시되어 있다.
각각 본원에 참조로 포함되는 하기 참고문헌들은 본 발명의 이해를 용이하게 할 수 있다: US 3962096; US 4476022; US 4756835; US 4834881; US 4855058; US 4902417; US 4861487; US 6632357; 및 US 출원 2016-0008763-A1.
본 발명의 구현예들은, 나선형 권취 여과 요소에 사용하기 위한 멤브레인에 있어서, 제1 리프 및 제2 리프를 포함하되, 각각의 리프는 복수의 돌출부가 배치된 활성면을 구비하고, 돌출부들은 제1 리프의 활성면이 제2 리프의 활성면에 인접하게 배치될 때 서로 접촉하도록 표면 상에 성형되고 배치되며, 제1 리프 상의 돌출부들은 제2 리프 상의 돌출부들에 의해 제2 리프의 활성면으로부터 분리되고; 제1 리프 및 제2 리프는 활성면들이 서로 대향하며 돌출부들에 의해 분리되는 상태로 배치되는, 멤브레인을 제공한다. 2개의 리프는 적절한 재료의 별개의 시트들일 수 있거나, 단일 시트를 접음으로써 제공될 수 있고, 각각의 접힘측은 하나의 리프를 제공한다. 나선형 권취 여과 요소에 사용하기 위한 멤브레인은 본질적으로, 각각 공급 유체 유동에 직면하며 폐유체 유동을 토출할 멤브레인의 에지들에 대응하는 2개의 에지, 즉 공급 에지 및 토출 에지를 구비한다는 것을 주목한다. 이와 같은 멤브레인은 또한 본질적으로 공급 및 토출 에지 사이의 재료의 치수에 대응하는 폭을 갖는다.
일부 구현예에서, 돌출부들은 복수의 선형 돌출부를 포함하고, 선형 돌출부들은 서로 평행하게 배치되며, 대응하는 리프의 표면 상에서 모든 평면 방향으로 서로 분리되고; 선형 돌출부들은, 제1 리프 상의 선형 돌출부들이 그 교차점들에서 제2 리프 상의 선형 돌출부들과 접촉하도록, 대응하는 리프의 공급 에지로부터 90° 이외의 각도로 표면 상에 배치된다. 선형 돌출부들은 리프의 전체 폭에 걸쳐 연장될 수 있거나, 전체 폭보다 작은 폭에 걸쳐 연장될 수 있다. 일부 구현예에서, 각도는 40 내지 85° 또는 100 내지 135°이다. 일부 구현예에서, 돌출부들은 0.065 mm 이상 0.4 mm 이하로 각각의 리프의 표면으로부터 돌출된다. 일부 구현예에서, 돌출부들은 멤브레인이 나선형으로 권취될 때 제1 리프 상의 만곡된 특징부가 0° 이외의 각도로 제2 리프 상의 만곡된 특징부와 교차하도록 구성되는 복수의 만곡된 특징부를 포함한다. 일부 구현예에서, 선형 돌출부들은 축방향 치수에 있어서 적어도 20 mm의 길이(나선형으로 권취될 때 중심관의 축에 평행하게 측정되는 길이의 성분)를 가지며, 선 세그먼트들 사이의 간격은 선 세그먼트들의 길이보다 작다.
일부 구현예에서, 돌출부들은 제1 리프의 제1 영역 및 제2 리프의 제1 영역에 배치되되, 구현예는 (a) 제1 리프의 제1 영역 이외의 제1 리프의 활성면 상에 배치되거나, (b) 제2 리프의 제1 영역 이외의 제2 리프의 활성면 상에 배치되거나, 또는 (c) 둘 다에 배치되는 복수의 유동 돌출부를 추가로 포함하고, 유동 돌출부들은 제1 리프의 제1 영역 내의 돌출부들의 높이 및 제2 리프의 제1 영역 내의 돌출부들의 높이의 합에 대략 상응하는 높이를 가지며, 요소가 나선형으로 권취될 때 하나의 리프 상의 유동 돌출부들은 다른 리프 상의 유동 돌출부들과 접촉하지 않는다.
일부 구현예에서, 선형 돌출부들은 대응하는 리프의 공급 및 토출 에지의 근위에 있는 영역들에 배치되고, 구현예는 (a) 선형 돌출부들에 의해 점유된 영역 이외의 영역들에서 제1 리프의 활성면 상에 배치되거나, (b) 선형 돌출부들에 의해 점유된 영역 이외의 영역들에서 제2 리프의 활성면 상에 배치되거나, 또는 (c) 둘 다에 배치되는 복수의 유동 돌출부를 추가로 포함하고, 유동 돌출부들은 제1 리프 상의 선형 돌출부들의 높이 및 제2 리프 상의 선형 돌출부들의 높이의 합에 대략 상응하는 높이를 가지며; 요소가 나선형으로 권취될 때 하나의 리프 상의 유동 돌출부들은 다른 리프 상의 유동 돌출부들과 접촉하지 않는다.
본 발명은 또한, 멤브레인의 제조 방법에 있어서, 각각 활성면을 구비한 제1 리프 및 제2 리프를 제공하는 단계; 각각의 리프의 활성면 상에 복수의 돌출부를 배치하는 단계로, 돌출부들은 제1 리프의 활성면이 제2 리프의 활성면에 인접하게 배치될 때 서로 접촉하도록 표면 상에 성형되고 배치되며, 제1 리프 상의 돌출부들은 제2 리프 상의 돌출부들에 의해 제2 리프의 활성면으로부터 분리되는 것인 단계; 돌출부들에 의해 분리된 상태로, 제2 리프의 활성면에 인접하게 제1 리프의 활성면을 배치하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 제1 리프 및 제2 리프를 제공하는 단계는 2개의 별개의 시트를 제공하는 단계를 포함할 수 있거나, 접힘선에 의해 제1 리프 및 제2 리프로 분리되는 시트를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 중심관 주위에 나선형으로 권취되는, 본원에 기재된 바와 같은 여과 요소를 제공한다. 본 발명은 또한 본원에 기재된 바와 같은 복수의 여과 요소를 포함하는, 유체 처리 시스템을 제공한다. 본 발명은 또한 본원에 기재된 바와 같은 여과 요소를 통해 유체를 유동시키는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법을 제공한다.
일부 구현예는, 나선형 권취 여과 요소에 사용하기 위한 멤브레인에 있어서, 활성면을 구비한 시트를 포함하되, 시트는 활성면이 접힌 시트 내에 있는 상태로 접히며, 활성면은 그 위에 복수의 돌출부가 배치되고, 돌출부들은 서로 접촉하며 접힌 시트 내의 대향 활성면들을 이격 유지하도록 표면 상에 성형되고 배치되는, 멤브레인을 제공한다. 일부 구현예에서, 돌출부들은 멤브레인의 공급 에지에 대해 90° 이외의 각도로 활성면 상에 배치되는 복수의 선형 돌출부를 포함한다. 일부 구현예에서, 각도는 40 내지 85° 또는 100 내지 135°이다. 일부 구현예에서, 돌출부들은 0.065 mm 이상 0.4 mm 이하로 시트의 표면으로부터 돌출된다.
도 1은 한번 접힌 멤브레인 리프의 대향면들 상의 연속선들의 대향 패턴들의 도면이다.
도 2는 한번 접힌 멤브레인 리프의 대향면들 상의 분할선들의 대향 패턴들의 도면이다.
도 3은 멤브레인 리프의 절반부 상에 증착되는 전체 높이 특징부들 및 리프의 유입 및 토출 에지의 전체 길이를 따라 증착되는 절반 높이 에지 패턴들을 갖는 멤브레인 리프의 도면이다.
도 4는 멤브레인 요소의 공급 단부 상에 만곡된 리드인 특징부들을 구비하며 요소의 롤링 후에 트리밍되는 멤브레인 공급 스페이서들의 도면이다.
도 5는 멤브레인 요소의 공급 단부 상의 만곡된 리드인 특징부들, 및 높은 고형분 유체로부터의 요소의 단부 차단을 방지하는 데에 도움이 되는 만곡된 텔레스코핑 방지 장치 특징부들을 구비하는 멤브레인 공급 스페이서들의 도면이다.
인접한 멤브레인 시트들 사이에 간격을 제공하기 위해 멤브레인 시트의 표면 상으로, 또는 나선형 권취 요소의 투과 캐리어 시트 상으로 또는 내로 특징부들을 엠보싱하거나 증착하는 것은, 더 많은 개방 유동 채널들, 더 낮은 압력 강하, 감소된 오염, 및 메시를 이용하여 실용적인 것보다 더 얇은 공급 공간을 형성할 능력을 비롯하여, 공급 스페이서에 비해 여러 이점을 제공할 수 있다. 다양한 구성들이 PCT/US2014/018813에 그리고 Barger 등, Bradford 등에 의해 개시되었다. 본 발명의 구현예들은 분리된 아일랜드들의 증착에 의해 달성 가능하지 않은 고유의 접촉 및 유동 패턴들을 형성하도록 인접한 멤브레인 시트들 사이에 간격을 제공하기 위해 서로 선택적으로 접촉하는 인쇄 또는 달리 증착된 표면 특징부들의 사용을 제공한다. 이로써 형성되는 패턴들은 또한 나선형 권취 요소 내에 추가 간격 및 유동 방향을 제공하기 위해 서로 접촉하지 않는 다른 증착된 특징부들을 포함할 수 있다. 또한, 나선형 권취 요소의 상이한 영역들 상에 상이한 스페이서 기하형상들을 제공하기 위해, 인쇄 또는 달리 증착된 특징부들의 가변 높이를 이용할 수 있다.
나선형 권취 요소들 내에 공급 간격을 제공하기 위해 특징부들을 인쇄, 엠보싱, 또는 달리 증착하는 이전 개시는 통상적으로 간격을 제공하기 위한 각각의 접힌 멤브레인 리프의 절반부 상의 특징부들의 증착을 수반하는 한편, 리프가 접힐 때 특징부들이 서로 접촉하거나 적층될 가능성을 제거한다. 리프 구역들의 서로에 대한 그리고 요소의 구성요소들의 잔여부에 대한 반경의 변화로 인해 나선형 권취 요소가 롤링될 때 접촉 및 기하형상 고려가 더 복잡해진다. 그러나, 경우에 따라, 접힘시 서로 접촉하도록 설계되는 간격 요소들을 멤브레인 표면의 일부 또는 전부에 걸쳐 증착하는 것이 유리할 수 있다. 증착 패턴들 또는 특징부들은, 시트가 접힘 및 롤링될 때 패턴들이 대향 패턴 내에 안착될 가능성이 전혀 없고 특징부-멤브레인 접촉보다는 특징부-특징부 접촉이 보장되도록, 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 구현예에서, 일련의 연속 각진 평행선들(10)이 멤브레인 표면 상에 증착되어, 롤링된 요소의 유입 유동에 대응하는 에지에서 토출 유동에 대응하는 에지까지 연장된다. 이 예에서, 인쇄된 선들의 폭은 0.065 mm 내지 0.80 mm, 높이는 0.065 mm 내지 0.40 mm일 수 있다. 인접한 요소들 사이의 간격은 멤브레인 시트, 인접한 투과 캐리어, 및 다음 멤브레인 시트 사이에 엔벨로프를 형성하는 데에 사용되는 접착제의 점도로 인한 멤브레인 롤링 중의 평행선들 사이의 멤브레인 시트의 붕괴를 방지할 정도로 충분히 가까워야 한다. 오늘날 흔히 사용되는 재료의 경우, 이러한 간격은 하나의 선에서 다음 선까지 3 mm 이하일 수 있고, 더 바람직하게는 2.5 mm이다. 유입 유동 에지(14)로부터의 0° 내지 90° 또는 90° 내지 180°의 임의의 각도가 접힌 리프 상의 특징부-특징부 접촉을 보장하는 데에 사용될 수 있지만, 45 내지 80° 또는 100 내지 135° 범위의 각도가 요소를 통해 용인 가능한 유동 및 압력 강하를 유지하는 데에 더 적합할 수 있다. 접힐 때, 증착된 패턴들(10)은 보각으로 대향 패턴(12)과 접촉할 것이고, 그에 따라 증착된 패턴들은 대향측으로부터의 패턴이 멤브레인 막과 직접 접촉하지 않으면서 서로 반복적으로 교차하고 지지할 것이다. 선들은 도시된 바와 같이 직선일 수 있고, 패턴이 거의 90°인 경우 선들이 연장된 세그먼트를 포함하지 않는다는 것을 고려할 때(예를 들어, 10 mm 미만) 또한 만곡되거나, 정현파형이거나, 달리 성형될 수 있다. 직선이 아닌 패턴들이 특정 성능 특성을 위해, 예를 들어 멤브레인 표면에 걸쳐 유동 경로를 증가 또는 감소시키거나 혼합을 향상시키기 위해 선택될 수 있다.
도 2에 도시된 다른 예시적인 구현예에서, 접힐 때 그 자신과 접촉하는 패턴(22)을 형성하기 위해, 연속선 대신에 선 세그먼트들(20)이 사용될 수 있다. 이 예에서, 인쇄된 패턴의 폭은 0.065 mm 내지 0.80 mm, 높이는 0.065 mm 내지 0.40 mm일 수 있다. 인접한 요소들 사이의 간격은 멤브레인 시트, 인접한 투과 캐리어, 및 다음 멤브레인 시트 사이에 엔벨로프를 형성하는 데에 사용되는 접착제의 점도로 인한 멤브레인 롤링 중의 평행선들 사이의 멤브레인 시트의 붕괴를 방지할 정도로 충분히 가까워야 한다. 오늘날 흔히 사용되는 재료의 경우, 이러한 간격은 하나의 선에서 다음 선까지 3 mm 이하일 수 있고, 더 바람직하게는 2.5 mm이다. 유입 유동 에지(24)로부터의 0° 내지 90° 또는 90° 내지 180°의 임의의 각도가 접힌 리프 상의 특징부-특징부 접촉을 보장하는 데에 사용될 수 있지만, 45 내지 80° 또는 100 내지 135° 범위의 각도가 요소를 통해 용인 가능한 유동 및 압력 강하를 유지하는 데에 더 적합할 수 있다. 나선형 권취 요소의 롤링은 심지어 자동화 방식으로 이행될 때에도 여전히 부정확하다. 통상적으로, 주어진 요소 내의 접힌 리프들은 조립체에 사용되는 다양한 시트 재료 및 접착제의 이동으로 인해 요소의 중심관에 축방향으로 ㅁ10 mm 정도 이동할 수 있다. 이로써, 접힌 리프들 내의 인접한 특징부들 사이의 접촉을 보장하기 위해, 축방향 치수에 있어서 20 mm 초과의 최소 특징부 길이가 일반적으로 요구될 것이다. 접힐 때 특징부들의 안착의 가능성을 방지하기 위해, 축방향 치수에 있어서 인접한 선 세그먼트들 사이의 갭은 축방향 치수에 있어서 특징부 길이보다 작다. 이 구현예에서, 선 세그먼트들은 또한 직선형, 만곡형, 정현파형, 또는 다른 반복적 가변형일 수 있다.
유동 채널 내의 유동 제한을 최소화하면서 요소의 유입 및 토출 에지에서 개방 간격을 유지하는 것은 또한, 접힘 후에 인접한 특징부들과 간섭하지 않도록 설계되는 특징부 증착 영역들과, 접힐 때 특징부들이 서로 지지하도록 접하는 완전 리프 길이 증착을 결합함으로써, 강화될 수 있다. 이로써, 접힘 후에 인접한 특징부들과 간섭하지 않도록 설계되는 패턴들은 선 또는 선 세그먼트에 제한되지 않는 다양한 형상들, 예를 들어 원형 또는 다각형 기둥, 만곡된 선 세그먼트, 또는 바람직한 방식으로 유동을 변경하는 다른 형상을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 유입 에지(32) 및 토출 에지(34)를 따라 인쇄된 간섭 패턴(30)의 폭은 0.065 mm 내지 0.80 mm, 높이는 0.065 mm 내지 0.40 mm이며, 멤브레인 리프의 유입 및 토출 에지로부터 축방향으로 40 mm 내지 80 mm 연장될 수 있다. 유입 및 토출 에지로부터의 0° 내지 90° 또는 90° 내지 180°의 임의의 각도가 접힌 리프 상의 특징부-특징부 접촉을 보장하는 데에 사용될 수 있지만, 45 내지 80° 또는 100 내지 135° 범위의 각도가 요소를 통해 용인 가능한 유동 및 압력 강하를 유지하는 데에 더 적합할 수 있다. 다른 패턴(30)이 멤브레인 리프의 절반부 상의 중앙 구역 내에 증착되는데, 리프가 중심선(38)을 따라 접힐 때 에지들 및 중앙 영역 상의 간격이 균일해지도록, 에지들 상의 특징부들보다 2배 큰 높이를 가질 수 있다. 일반적으로, 에지에 증착되는 패턴들은 리프들을 서로 접착하는 데에 사용되는 접착선을 지지하기 위해 고밀도로 이격되는 반면, 중앙 패턴은 요소의 이 부분을 통해 덜 제한된 유동을 허용하기 위해 더 저밀도로 이격된다.
특정 예시적인 구현예에서, 0.6 mm의 폭 및 93 mm의 높이를 갖는 연속선 세그먼트들의 패턴(30)이 멤브레인 시트의 에지에 대해 45°의 각도로 유입 에지(32)에서 토출 에지(34)까지 연장되어 증착되고, 그에 따라 이는 원하는 마감 공급 공간 높이의 절반의 높이(이 경우 접힘 후에 0.4 mm 총 공급 간격에 대해 0.2 mm)에서 리프 상으로 66 mm 내향 연장된다. 이후, 다른 패턴(36), 즉 서로 6.5 mm 이격되는 1.2 mm 직경의 원형 기둥들의 정사각형 어레이가 0.4 mm 높이까지 2개의 0.2 mm 패턴 사이의 중앙 영역 상에 증착된다. 이 패턴은 단지 전체 리프의 길이의 절반을 따라 증착되고, 그에 따라 리프가 중심선(38)에서 반으로 접힐 때, 에지 패턴들은 서로 접촉하여 에지들에서 0.4 mm 공급 공간을 형성하는 반면, 중앙 패턴은 리프의 중간에 0.4 mm 간격을 형성한다.
도 4에 도시된 본 발명의 다른 구현예에서, 만곡된 유입 브라인 공급 스페이서 특징부들이 사용될 수 있다. 이 특징부들은 유입 및 토출 에지를 따라 멤브레인 리프의 절반부 상에 인쇄되거나 증착될 수 있고, 단지 접착선의 영역에 대한 지지를 제공할 정도로 충분히 멀리 연장될 수 있다. 요소의 롤링 및 접착 중에, 유입 및 토출 에지에 있는 만곡된 특징부들(44)은 선단부들(46)이 서로 접근하는 더 조밀한 패턴을 형성하고, 그에 따라 롤링 중에 나선형 권취 요소가 롤링됨에 따라 패턴들은 인접한 층에 대한 지지를 제공한다. 도 5에 도시된 본 발명의 다른 구현예에서, 선단부들(46) 사이의 공간은 영(0)까지 감소되어, 롤링 작업 중에 접착선의 보다 완벽한 지지를 제공하는 끊임없는 연속선(48)을 형성할 수 있다. 요소의 단부들이 트림선(40)에서 트리밍된 후에, 만곡된 부분들의 더 조밀한 간격이 제거되고, 이는 요소의 단부들에서 압력 손실의 방지를 돕고 유체 유동을 촉진하기 위해 특징부들 사이의 유입 및 토출 간격을 개방한다. 종래 나선형 권취 멤브레인에서, 브라인 공급 공간 내로의 유체의 유동은 요소의 단부에 법선이며(유동 벡터는 중심관의 축에 평행함), 유체 스트림 내의 물질들은 브라인 공급 채널들의 단부에 적층되어 유체 공급 채널들을 차단할 수 있다. 요소의 공급 단부에서의 이러한 유체 차단은, 요소의 중심선으로부터 소정의 각도로 유동 벡터 내에 부분적으로 전환되는 유체 유동 스트림을 발생시킴으로써, 완화될 수 있다. 유체가 브라인 공급 공간에 진입함에 따라 유체의 스위핑 운동을 발생시킴으로써, 공급 공간에 축적되었을 수 있는 물질들이 스위핑될 수 있다. 도 6에서, 회전 베인들(60)은 나선형 권취 요소의 브라인 공급 공간 채널들에 진입할 수 있는 유체 스트림 내의 고형분을 나선형 권취 요소의 단부면으로부터 스위핑함으로써 요소의 단부 차단을 방지하는 데에 도움이 되도록 롤링된 요소의 단부에서 측방향 유동을 가하는 만곡면을 갖는다. 도 6의 도면은 나선형 권취 요소의 편평한 비롤링도로 도시된다. 일반적으로, 이 패턴은 중심관 주위에 감기지만, 개념을 보다 쉽게 묘사하도록 도 6에 도시되어 있다. 브라인 공급 용액(66)은 나선형 권취 요소의 단부에 진입함에 따라 법선이 된다(중심관의 축에 평행하다). 회전 베인들(60)은 나선형 권취 요소의 단부에 걸쳐 유동 패턴을 가하여, 물질이 브라인 공급 채널의 단부에 축적되는 것을 방지한다. 인쇄된 스페이서들(64)이 요소에 진입함에 따라, 브라인 공급 용액(66)의 유동 벡터와 일치하게 브라인 공급 용액(66)을 유지하는 만곡된 유입 구성요소(62)가 존재한다. 브라인 공급 용액이 멤브레인 공급 공간에 진입함에 따라, 인쇄된 스페이서들(64)은 멤브레인 요소 중심관의 중심선과 더 평행하게 브라인 공급 용액(66)의 유동 벡터를 정렬하는 데에 도움이 된다. 그러나, 이러한 인쇄된 스페이서들(64)은 나선형 권취 요소의 브라인 공급 공간 내의 농도 분극을 감소시키고 국부 와류를 자극하기 위해 다양한 형상들 및 구성들을 가질 수 있다는 것이 당업자들에게 공지될 것이다.
특징부들은 다양한 기법들에 의해 증착될 수 있다. 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄, 및 스크린 인쇄와 같은 전통적인 인쇄 기법들이 적절할 수 있지만, 이 증착 기법들에는 두께 및 기하형상 제한이 있을 수 있다. 더 두꺼운 특징부들이 미세 정량 토출, 잉크젯 인쇄, 용융 증착, 광 폴리머 기술, 핫멜트 폴리머에 의해, 또는 개별 특징부들의 선택 및 배치 또는 시트의 롤 이송을 포함할 수 있는 접착제를 이용한 응용을 통해 증착될 수 있다.
특징부들은 열가소성 재료, 반응성 폴리머, 왁스, 또는 수지를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 투과 캐리어 및 분리된 유체와 양립할 수 있는 임의의 개수의 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 고온 열가소성 재료, 금속, 또는 세라믹을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 분리된 유체와 양립할 수 있지만 멤브레인 시트에 대한 직접 증착과는 양립할 수 없는 재료들이 적절한 치수로 예성형, 주조, 또는 절단되어, 멤브레인 시트와 양립할 수 있는 접착제로 멤브레인 시트의 표면에 접착될 수 있다.
본 발명은 다양한 예시적인 구현예들과 관련하여 설명되었다. 상기 설명은 본 발명의 원리의 응용을 예시하는 것에 불과하며, 그 범위는 명세서의 관점에서 청구범위에 의해 결정되어야 함을 이해할 것이다. 본 발명의 다른 변형들 및 수정들이 당업자들에게 명확할 것이다.

Claims (22)

  1. 나선형 권취 여과 요소에 사용하기 위한 멤브레인에 있어서,
    제1 리프 및 제2 리프를 포함하되, 각각의 리프는 복수의 돌출부가 배치된 활성면을 구비하고, 상기 돌출부들은 상기 제1 리프의 상기 활성면이 상기 제2 리프의 상기 활성면에 인접하게 배치될 때 서로 접촉하도록 상기 표면 상에 성형되고 배치되며, 상기 제1 리프 상의 상기 돌출부들은 상기 제2 리프 상의 상기 돌출부들에 의해 상기 제2 리프의 상기 활성면으로부터 분리되고; 상기 제1 리프 및 상기 제2 리프는 상기 활성면들이 서로 대향하며 상기 돌출부들에 의해 분리되는 상태로 배치되는, 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    멤브레인 재료의 시트를 추가로 포함하되, 상기 제1 리프는 상기 시트의 제1 부분을 포함하며; 상기 제2 리프는 접힘선에 의해 상기 제1 부분으로부터 분리되는 상기 시트의 제2 부분을 포함하고; 상기 제1 및 제2 리프는 상기 접힘선을 따라 상기 시트를 접음으로써 활성면들이 서로 대향하는 상태로 배치되는, 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부들은 복수의 선형 돌출부를 포함하고, 상기 선형 돌출부들은 서로 평행하게 배치되며, 대응하는 리프의 표면 상에서 모든 평면 방향으로 서로 분리되고; 상기 선형 돌출부들은, 상기 제1 리프 상의 상기 선형 돌출부들이 그 교차점들에서 상기 제2 리프 상의 상기 선형 돌출부들과 접촉하도록, 상기 대응하는 리프의 공급 에지로부터 90°이외의 각도로 상기 표면 상에 배치되는, 멤브레인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각도는 40 내지 85° 또는 100 내지 135°인, 멤브레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부들은 0.065 mm 이상 0.4 mm 이하로 각각의 리프의 상기 표면으로부터 돌출되는, 멤브레인.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 멤브레인이 나선형으로 권취될 때 상기 제1 리프 상의 만곡된 특징부가 0°이외의 각도로 상기 제2 리프 상의 만곡된 특징부와 교차하도록 구성되는 복수의 만곡된 특징부를 포함하는, 멤브레인.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 선형 돌출부들은 상기 대응하는 리프의 전체 폭에 걸쳐 연장되는, 멤브레인.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 선형 돌출부들은 상기 대응하는 리프의 전체 폭보다 작은 폭에 걸쳐 연장되는, 멤브레인.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 선형 돌출부들은 축방향 치수에 있어서 적어도 20 mm의 길이를 가지며, 선 세그먼트들 사이의 간격은 상기 선 세그먼트들의 길이보다 작은 것인, 멤브레인.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 제1 리프의 제1 영역 및 상기 제2 리프의 제1 영역에 배치되고, 상기 멤브레인은 (a) 상기 제1 리프의 상기 제1 영역 이외의 상기 제1 리프의 상기 활성면 상에 배치되거나, (b) 상기 제2 리프의 상기 제1 영역 이외의 상기 제2 리프의 상기 활성면 상에 배치되거나, 또는 (c) 둘 다에 배치되는 복수의 유동 돌출부를 추가로 포함하고, 상기 유동 돌출부들은 상기 제1 리프의 상기 제1 영역 내의 상기 돌출부들의 높이 및 상기 제2 리프의 상기 제1 영역 내의 상기 돌출부들의 높이의 합에 대략 상응하는 높이를 가지며, 상기 요소가 나선형으로 권취될 때 하나의 리프 상의 유동 돌출부들은 다른 리프 상의 유동 돌출부들과 접촉하지 않는, 멤브레인.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유동 돌출부들은 상기 제1 리프 상에 배치되며 상기 제2 리프 상에 배치되지 않는, 멤브레인.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 선형 돌출부들은 상기 대응하는 리프의 공급 및 토출 에지의 근위에 있는 영역들에 배치되고, 상기 멤브레인은 (a) 상기 선형 돌출부들에 의해 점유된 영역 이외의 영역들에서 상기 제1 리프의 상기 활성면 상에 배치되거나, (b) 상기 선형 돌출부들에 의해 점유된 영역 이외의 영역들에서 상기 제2 리프의 상기 활성면 상에 배치되거나, 또는 (c) 둘 다에 배치되는 복수의 유동 돌출부를 추가로 포함하고, 상기 유동 돌출부들은 상기 제1 리프 상의 상기 선형 돌출부들의 높이 및 상기 제2 리프 상의 상기 선형 돌출부들의 높이의 합에 대략 상응하는 높이를 가지며; 상기 요소가 나선형으로 권취될 때 하나의 리프 상의 유동 돌출부들은 다른 리프 상의 유동 돌출부들과 접촉하지 않는, 멤브레인.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유동 돌출부들은 상기 제1 리프 상에 배치되며 상기 제2 리프 상에 배치되지 않는, 멤브레인.
  14. 멤브레인의 제조 방법에 있어서,
    각각 활성면을 구비한 제1 리프 및 제2 리프를 제공하는 단계;
    각각의 리프의 상기 활성면 상에 복수의 돌출부를 배치하는 단계로, 상기 돌출부들은 상기 제1 리프의 상기 활성면이 상기 제2 리프의 상기 활성면에 인접하게 배치될 때 서로 접촉하도록 상기 표면 상에 성형되고 배치되며, 상기 제1 리프 상의 상기 돌출부들은 상기 제2 리프 상의 상기 돌출부들에 의해 상기 제2 리프의 상기 활성면으로부터 분리되는 것인 단계;
    상기 돌출부들에 의해 분리된 상태로, 상기 제2 리프의 상기 활성면에 인접하게 상기 제1 리프의 상기 활성면을 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 리프 및 제2 리프를 제공하는 단계는 접힘선에 의해 제1 리프 및 제2 리프로 분리되는 시트를 제공하는 단계를 포함하고; 상기 제2 리프의 상기 활성면에 인접하게 상기 제1 리프의 상기 활성면을 배치하는 단계는 상기 접힘선을 따라 상기 시트를 접는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 중심관 주위에 나선형으로 권취되는, 제1항에 따른 멤브레인을 포함하는, 여과 요소.
  17. 제16항에 따른 복수의 여과 요소를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  18. 제16항에 따른 여과 요소를 통해 유체를 유동시키는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법.
  19. 나선형 권취 여과 요소에 사용하기 위한 멤브레인에 있어서,
    활성면을 구비한 시트를 포함하되, 상기 시트는 상기 활성면이 접힌 시트 내에 있는 상태로 접히며, 상기 활성면은 그 위에 복수의 돌출부가 배치되고, 상기 돌출부들은 서로 접촉하며 상기 접힌 시트 내의 상기 대향 활성면들을 이격 유지하도록 상기 표면 상에 성형되고 배치되는, 멤브레인.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 돌출부들은 상기 멤브레인의 공급 에지에 대해 90°이외의 각도로 상기 활성면 상에 배치되는 복수의 선형 돌출부를 포함하는, 멤브레인.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 각도는 40 내지 85°또는 100 내지 135°인, 멤브레인.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 돌출부들은 0.065 mm 이상 0.4 mm 이하로 각각의 리프의 상기 표면으로부터 돌출되는, 멤브레인.
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