TWI599398B - 膜體元件之改良材料效率及製造 - Google Patents

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Description

膜體元件之改良材料效率及製造
本發明係關於膜體元件及模組，且本發明係關於用於膜體元件及模組之濾過液載體。
本發明係2011年10月19日申請之美國非臨時專利申請案第13/276,802號之一部分接續申請案，其全文兹以引用之方式併入本文中。
以下論述並非對下文所述之任何內容係常識或作為先前技術而引用之認可。
藉由將一或多個膜體葉及進流間隔片纏繞於一穿孔中央管上製作一螺旋纏繞膜體元件。該等膜體葉具有放置於兩個大體上矩形之膜體片之間之一濾過液載體片。該等膜體片係沿著三個邊緣黏封在一起。該葉之第四邊緣係敞開且鄰接該中央管。亦可將一或多層濾過液載體片纏繞於該中央管上以將該膜體葉支撐在中央管中之穿孔上方且提供該葉之邊緣與該中央管之間之一流徑。生成水，亦稱為濾過液，穿過該等膜體片且接著流經該濾過液載體片而到達該中央管。美國專利申請公開案第2007/0068864號描述一螺旋纏繞膜體元件之一實例。
該濾過液載體片可為用聚酯、聚丙烯、尼龍或其他適合的合成材料之一或多者製造之紗線或長絲所針織之一特利可得(tricot)經編織物。可用環氧樹脂塗層、三聚氰胺塗層或熱處理來減少該等長絲之相對移動且強化該特利可得經 編編織物。該特利可得經編織物係多孔的且形成用於防止該膜體葉塌縮之一系列平行脊，其等係由該織物之一側上之凹槽間隔。該等凹槽係定向為垂直於該中央管以提供對濾過液向內流經該等膜體葉而到達該中央管之所受阻礙較小之通路。可將例如由氈或另一非織造或其他多孔片材料所製造之一單獨強化或抗鼓脹層置於該膜體片與該特利可得經編織物之間以助於防止該膜體片被壓推到該特利可得經編織物之該等凹槽內。
美國專利第6,656,362號揭示用於可與一高壓螺旋纏繞膜體配合使用之一濾過液載體片及強化片之不同尺寸及材料。國際公開案第WO 03/101575號揭示意欲具有低流動阻力之濾過液載體材料。美國專利第4,802,982號及7,048,855號描述被直接結合至一膜體片之濾過液載體材料。美國專利公開申請案第2004/0195164 A1號描述一種螺旋纏繞膜體元件，其中a)中央管中穿孔之總面積乘以纏繞於該中央管上之一濾過液載體之一層之開口之百分比至少等於b)該中央管之內部橫截面面積。
下文將詳細描述之一濾過液載體，在該濾過液載體之側緣處具有一或多個邊界，其比該濾過液載體之一中央部分薄。該濾過液載體可用於一螺旋纏繞膜體元件或模組中之一膜體葉中。在該膜體葉中，該濾過液載體係位於上膜體片與下膜體片之間。將一黏合劑以線條形式塗敷至該一或多個邊界，及該葉之需加以黏封之任何其他邊緣。在將該 葉纏繞於一中心管上之前或期間或以上兩者期間對該膜體葉施加壓緊致使該黏合劑滲透過該濾過液載體以將兩個膜體片結合在一起。
對該膜體葉施加壓緊亦導致黏合劑線可能以不均勻方式擴展或加寬。該等黏合劑線寬度若有任何增大將導致活性膜體面積對應減少，意即生成水可滲透過該膜體面積。另外，該濾過液載體包括一系列濾過液通道且擴展之黏合劑中之一局部凸起可阻塞此等通道之一或多者。該濾過液載體之該相對薄邊界與該中央部分之間之一過渡區阻止黏合劑擴展至該濾過液載體之中央部分中而超過該過渡區之外。該過渡區經定位以在該元件之末端經修整至其最終長度之後提供一適當之黏合劑寬度。該過渡區促使黏合劑平行於該過渡區擴展至不具有黏合劑之該邊界之任何部分，或至該膜體葉之外側，當該元件修整至其最終長度時該黏合劑將被去除。除需要提供適當黏合劑量之外，此趨使減少該膜體紫之活性面積損失及減少受阻之濾過液通道。
在將該膜體葉纏繞於該中央管上之後，該等側緣與其等所黏附之黏合劑線一起圍繞該中央管以螺旋形式延伸。在沒有相對薄之邊界之情況下，一膜體元件之末端之直徑大於該中央部分一直徑。該元件之末端之外徑限制可放置於具有一既定內徑之一壓力容器中之膜體葉之數目或長度。在該濾過液載體中提供相對薄邊界至少減少一元件之末端之直徑之增大，該增加可由該黏合劑導致。因此，可將更多或更長膜體葉放置於具有一既定內徑之一壓力容器內， 因此增大該元件之活性膜體面積。
下文將詳細描述一第二濾過液載體，其具有未經薄化但比一膜體葉內之一相關聯膜體片之尺寸窄之一或多個邊界。此可導致該第二濾過液載體之側緣遠離該等膜體片之側緣。
可將黏合劑塗敷至該膜體片之邊緣以黏封該膜體葉之一或多個邊緣，包含該第二濾過液載體。可在將該螺旋纏繞膜體元件纏繞於一中央管上之前或期間或以上兩者期間對該膜體葉施加壓緊。該壓緊可導致該黏合劑前進或擴展至第二濾過液載體之邊緣且滲透到該第二濾過液載體中。此黏合劑之滲透可將該第二濾過液載體黏封或黏合至該等膜體片之至少一部分且允許該等膜體片之該等邊緣黏封在一起以形成內部放置有該第二濾過液載體之該膜體葉。
一典型螺旋纏繞膜體元件使用與該等膜體片具有實質上相同寬度之一濾過液載體片。黏合劑線被塗敷至該濾過液載體片之頂部及/或底部。在一典型膜體葉之構造中，該黏合劑可具有保留在該濾過液載體片與該膜體片之間之交接面處之一傾向，如上所述，其可增大沿該等側緣之膜體葉之厚度。當該等膜體葉及進流通道間隔片係纏繞該中央管時，該等膜體葉之側緣，包含黏合劑，繞該中央管呈一螺旋形延伸如多個同心層。該濾過液載體片、該膜體片及該黏合劑之厚度可導致螺旋纏繞膜體元件在兩端相對於不具有多個黏合劑層之螺旋纏繞膜體元件之中間部分變得更厚。
該螺旋纏繞膜體元件之末端之厚度可限制配裝於具有一既定內徑之一壓力容器內側之膜體葉之數量。提供促成減小該膜體葉之該等側緣之厚度之一濾過液載體片減少一膜體元件之末端之厚度。較佳地，該第二濾過液載體片允許在該膜體葉之構造期間該黏合劑覆蓋、擴展或滲透進入該第二濾過液載體中，其可減少該黏合劑促成該膜體葉之側緣上之厚度之任何增加。在一元件之末端之一厚度減少可允許更多或更長膜體葉配裝於具有一既定內徑之一壓力容器內，其增大該活性膜體面積。
一螺旋纏繞膜體元件之基本需要為高濾過液通過量或流量、高溶質排除率、低積垢傾向及有效之能源使用。本文中所描述之濾過液載體旨在不實質影響溶質排除或增加膜體積垢之前提下改良濾過液流量。濾過液流量藉由增大具有一既定內徑之一壓力容器之活性膜體面積而增大，此無需增大能源輸入。
在一些過濾應用中，該進流水可含有堵塞於該進流間隔片之孔，亦稱為通道中之顆粒或固體物質。該等進流通道之此堵塞可導致跨該膜體之一壓力損失，其減小濾過液之生產速率。視需要，若濾過液載體片減小在該螺旋纏繞膜體元件之末端之該直徑，則可使用較厚的進流間隔片。較厚進流間隔片通道可具有較大通道，其可減少或延遲堵塞。
本文中所描述之濾過液載體可用於各種組態之膜體元件及模組。特定言之，膜體元件及模組於濾過液流量或其他 方面上受限於具較厚邊緣之一或多個膜體葉，較厚邊緣係因構造期間該膜體葉之黏封所致。視需要，本文中所描述之濾過液載體可用於一螺旋纏繞膜體元件或模組或基於其他類型之片之膜體元件及模組之一膜體葉中。
參考圖1與圖2，藉由將一或多個膜體葉12及進流間隔片14纏繞於一個穿孔中央管16上形成一螺旋纏繞膜體元件10。膜體葉12亦可稱為套膜。進流間隔片14亦可稱為鹵水通道間隔片。中央管16亦可稱為一芯體、一滲透管或一產出水收集管。葉12包括圍繞一濾過液載體20之兩個大體上矩形之膜體片18。鄰接中央管16之膜體葉12之邊緣係打開的，但一葉12之其他三個邊緣係例如藉由一黏合劑黏封。可透過該葉之尖端處之一折線黏附一膜體葉12之該兩個膜體片18之情況較少，在此情況中僅用黏合劑黏封一膜體葉12之該兩個側緣。在圖1與圖2中示意性地展示濾過液載體20，但將在圖3與圖4中詳細加以展示。
膜體片18可具有一澆注至一支撐層或背襯層上之一分離層。該分離層可為例如乙酸纖維素、一聚醯胺、一薄膜複合物或其他材料，其可形成為一分離膜體。例如，該分離層可具有在逆滲透、奈米過濾或超過濾範圍內之微孔。經過濾生成水，亦被稱為濾過液，穿過該膜體片，而該膜體片18根據其微孔大小拒斥未溶解鹽或懸浮固體或其他污染物通過該膜體片18。
濾過液載體20係透過膜體葉12之敞開鄰接邊緣而與中央 管16中之成列之小孔22流體接觸。在將第一膜體葉12黏附至該中央管16之前，可將與該膜體葉12中之濾過液載體20具有相同或不同的材料之一額外濾過液載體片(未展示)，或第一膜體葉12之濾過液載體20之一延伸部呈一或多層纏繞於該中央管16上。濾過液載體20之此初始纏繞物將膜體葉12支撐於該等孔22上方且提供一路徑以將滲透水從膜體葉12引導至該中央管16中之該等孔22。孔22通常具有約0.125英寸(3.2毫米)之一直徑且將生成水引導至中央管16之內部。
各個葉12係藉由亦纏繞於中央管16上之一進流間隔片14而分離。進流間隔片14係與元件10之兩端流體接觸且其作為用於將進流溶液運送至遍及膜體片18之表面之一導管。進流流動之方向係平行於中央管16之軸線A從入口端24至集中端26。
參考圖2，一螺旋纏繞膜體模組30具有位於一壓力容器32之內部之一元件10。該壓力容器32具有一大體上管狀本體34、一入口端36及一出口端38。進流水通過壓力容器32之一入口(未展示)進入。該進流水流經元件10之進流間隔片14。不穿過膜體片18一部分之該進流水(其可稱為鹵水、滯留物或排放水)通過排放管42離開該壓力容器32。生成水或濾過液收集在中央管16內且接著通常沿從中央管16之一第一端52至一第二端54之一方向前進。該最後或唯一元件10之第二端54可被黏封，可離開壓力容器32或可被連接至離開該壓力容器之一配件。一第一或唯一元件10之 該第一端52可黏封，可離開該壓力容器32或可被連接至一離開壓力容器32之一配件。若在一壓力容器32中存在多個元件10，則一上游元件10之該第二端54係通常連接至一下游元件之該第一端52。進流水連續流經一壓力容器中之多個元件10之該等進流間隔片14。可在元件10之一外部纏繞物(未展示)與一壓力容器32之內部之間提供周邊黏封，以防止進流水無穿過其進流間隔片14而流過一元件10。
圖3及圖4更詳細展示濾過液載體20。濾過液載體20具有一中央部分60及一個邊界62，或較佳地兩個邊界62。邊界62係大體上垂直於濾過液載體20之將對中央管16開放之一前端邊緣64。濾過液載體20可為由例如聚合物長絲所製造之一編織片。濾過液載體20中之該等長絲可由有機聚合物(諸如，尼龍、聚丙烯或聚酯)所製造。該等長絲可用環氧樹脂或三聚氰胺加以塗佈，或編織濾過液載體20可用環氧樹脂或三聚氰胺加以浸漬以有助於穩定濾過液載體20。
中央部分60及視需要邊界62可編織為一特利可得經編織物。在一特利可得經編織物中，紗線沿著該針織物行以之字形式垂直前進導致一系列平行突起經行(wale)66，其間隔編織物之一前端側(或稱為經行側)上之濾過液通道68。在該編織物之背側(可稱為緯列側)上，羅紋係垂直於突起經行66而形成，但該等羅紋並非與突起經行66一樣清晰且並非與突起經行66一樣高。一過渡區70將中央部分60與一邊界62隔開。
邊界62可藉由將壓力施加至一初時同質的濾過液載體20 之側緣而產生。例如，該等側緣可經壓延。或者，該濾過液載體20經製造具有較薄邊界62。例如，類似用來生產習知濾過液間隔片之較薄紗線，該紗線可在一經紗編織過程期間用於一片之該等邊緣處(朝該機器方向)。針對另一實例，可經編織一片而在一片之邊緣處無經行。此等兩項基本技術亦可加以結合。例如，可使用更多可變形紗線或更少每英寸經行數在邊緣處來針織一編織物，接著對該等邊緣施加壓力。
該發明者已觀察到由一同質濾過液載體製造之一膜體葉往往具有側緣(該等邊緣垂直於該中央管)，其係比該膜體葉之剩餘物厚2密耳至5密耳(約5.08x10-3公分至1.27x10-2公分，作為參考1密耳等於千分之一英寸或2.54x10-3公分)或10%至22%。厚度之增大係由用於黏封一膜體葉之邊緣之黏合劑(或稱為膠合線)所引起。可使用各種類型之黏合劑，包含但不限於交聯黏合劑、熱黏合劑、紫外線固化型黏合劑、熱熔黏合劑等等。由於一元件之外徑係通常相對於於一壓力容器之內徑維持在一窄範圍內，該元件之有限直徑係通常地藉由該等膜體葉之側緣而形成。
就如上述之一濾過液載體20而言，邊界62之厚度之減小則減少膜體葉12之側緣之厚度。例如，濾過液載體20在邊界62處之厚度可為比濾過液載體20之中央部分60薄2密耳至5密耳。一膜體葉12之該等側緣之厚度之增大至少被減少，且視需要膜體葉12之該等側緣可與膜體葉12之一中央部分相比較薄或一樣厚。各膜體葉12可接著製造得更長， 或可附加一額外膜體葉12，以增大元件10之總膜體面積。
發明者亦可觀察到該等膠合線大幅度減少一膜體葉之活性面積。在一典型製程中，一膜體片係水平地佈置於一台面上，且一同質濾過液載體係放置於該膜體片上。膠合線係塗於兩個側緣及該同質濾過液載體之葉尖端邊緣上。另一膜體片係置於同質濾過液載體及該等膠合線上以形成該葉。該葉之邊緣可在仍靜置在該台面上時被壓緊。該葉亦由於當將該葉纏繞於該中央管上時所施加之張力而壓緊。當該葉被壓緊時該膠體自其初始位置擴展。膠體向內擴展而減小該活性膜體面積。該等膠合線之寬度可在例如針對自動膠體塗敷之1英寸(約2.54公分)與針對手動膠體塗敷之1.75英寸(約4.44公分)之間變動。導致一膠合線之寬度之進一步局部增大原因可在於，在擴展該膠合線時其向內轉向、在塗敷該膠合線時其厚度之一局部增大或壓緊力之一局部增大。
一類似製造技術可與元件10配合使用，但當使用具有若干較薄邊界62之一濾過液載體20時，該黏合劑亦經促進以向外擴展，而非向內擴展越過該過渡區70。過渡區70經定位以提供在一膜體葉12之該等側緣上之具有一充分(但非過度)寬度之黏合劑。因此，邊界62之膜體活性面積過度損失。與一典型手捲繞元件相比較，活性膜體面積由於限制自動上膠中發生之黏合劑擴展超過1英寸側膠合線之外而增大約4%。然而，發明者相信過渡區70可允許使用較薄膠合線即可，其可使每個元件之活性膜體面積發生之一 相應增加。另一優點為相較在其他情形下敞開濾過液通道之局部堵塞減少，其可允許通過該堵塞之膜體面積更多產。在一些情況下，每個元件中可使用更少的膠。
圖5描繪處於未纏繞狀態之一第二實例螺旋纏繞膜體元件110。除所使用之濾過液載體外，該螺旋纏繞膜體元件110可與元件10相同。例如，螺旋纏繞膜體元件110包括一或多個膜體葉112及一或多個進流間隔片114，其可纏繞於一個多孔中央管116上且容納在一壓力容器32中。膜體葉112亦可稱為膜體套膜。各膜體葉112包含定位於兩個大體上矩形之膜體片118之間之一濾過液載體120之一第二實例。膜體葉112可在三個邊緣黏封，同時最靠近該中央管116之邊緣打開。該進流間隔片114可經定位與該膜體葉112相鄰。若一螺旋纏繞膜體元件110中存在一個以上膜體葉112，進流間隔片114可定位於相鄰膜體葉112之間。例如，對於每一膜體葉112，可至少存在一個進流間隔片114。
第二濾過液載體120可與上述濾過液載體20由相同之材料構成。
垂直於敞開邊緣之膜體葉112之邊緣分別被稱為第二濾過液載體片120、膜體片118及膜體葉112之側緣。第二濾過液載體片120之側緣係與上述一或多個邊界係置於濾過液載體20上之相同邊緣，然而，濾過液載體120之側緣並未變薄。且濾過液載體120之側緣係與膜體片118之側緣相關聯。例如，第二濾過液載體120之一側緣係與膜體葉112上之相同側邊上之膜體片118之側緣相關聯。側緣之間之 距離分別被稱為第二濾過液載體片120、膜體片118及膜體葉112之寬度。
與敞開邊緣相對之膜體葉112之兩個相鄰膜體片118之邊緣係黏封在一起且與亦與該敞開邊緣相對之第二濾過液載體120之邊緣相關聯。第二濾過液載體120與兩個相鄰膜體片118之長度可為相同或近似，因此此等邊緣以一沿邊方式相對準或未對準。此等邊緣可分別被稱為膜體片118、第二濾過液載體120及膜體葉112之遠端邊緣。
在圖5中，所描繪之第二濾過液載體120係比該等相鄰膜體片118窄。第二濾過液載體120之側緣係遠離相鄰膜體片118之相關聯側緣。第二濾過液載體120之側緣與膜體片118之相關聯側緣之距離界定膜體葉112之兩個側邊上之一邊界區164。邊界區164係其中可將黏合劑線放置於膜體片118上以完成膜體葉112之該等側緣。
第二濾過液載體120可具有各種寬度。例如，膜體片118可具有40英寸(約101.6公分)之一寬度且第二濾過液載體120可具有30英寸(約76.2公分)之一寬度，其界定第二濾過液載體120之兩個側邊上之邊界區164為5英寸(約12.7公分)。視需要，該第二濾過液載體120之寬度可為實質上介於32英寸至38英寸(分別約81.3公分與96.5公分)之間及二者之間所有子範圍內。較佳地，第二濾過液載體120具有實質介於34英寸至37英寸(分別約86.4公分與94公分)之間之一寬度。
圖6展示與中央管116相鄰放置之膜體葉112之一局部剖 視圖。所展示之頂層係膜體片118之一分離層160且該底層係一相鄰膜體片118之一背襯側162。第二濾過液載體120係定位於此等兩個膜體片118之間。第二濾過液載體120之該等側緣係垂直於中央管116且係遠離膜體片118之該等側緣以界定膜體片118之兩個側邊上之邊界區164。邊界區164可(但非必要)在兩個側邊上大小相等。
為了黏封膜體葉112之該等邊緣，可將黏合劑塗敷至或靠近所對準之膜體片118與第二濾過液載體120之遠端邊緣。膜體葉112並非一預黏封或預形成袋狀部。亦可將黏合劑塗敷至背襯側162之邊界區164內，通常離膜體片118之該等側緣約1英寸(約2.54公分)。該黏合劑可在螺旋纏繞膜體元件110之壓緊或捲繞期間擴展穿過邊界區164。
視需要，一機器可塗敷一黏合劑線，其相對於該膜體片118之寬度較寬，且相對於該黏合劑之厚度較薄。此機器塗敷膠合線可無需擴展太多，或至少不需那麼多。視需要，該機器塗敷膠合線可與第二濾過液載體120之一側緣抵接或重疊。視需要，該機器施加膠合線可與該濾過液載體之遠端邊緣抵接或重疊。
當擴展或前進穿過邊界區164時，且在固化之前，該黏合劑可接觸第二濾過液載體120之該等側緣。擴展及與該等側緣接觸可導致黏合劑滲透到該第二濾過液載體120之編織結構內。該黏合劑可滲透至少約0.1英寸(約0.254公分)越過第二濾過液載體120之側緣或進入其內部。視需要，該黏合劑可滲透介於0.25英寸(約0.635公分)至3.5英寸 (約8.89公分)及二者之間所有子範圍之間，越過第二濾過液載體120之側緣且進入第二濾過液載體片120中。較佳地，該黏合劑越過第二濾過液載體120之側緣滲透介於0.5英寸(約1.27公分)至2英寸(約5.08公分)之間且進入第二濾過液載體120之編織結構內。該黏合劑在該等側緣擴展及滲透至第二濾過液載體120內可防止側通道之形成且減少殘留在第二濾過液載體120與該膜體片118之間之交接面處之黏合劑之量。
應瞭解，黏合劑所擴展或前進之距離可取決於多種因素，其包含(但不限於)所塗敷之黏合劑之量、所塗敷之黏合劑之類型、該黏合劑之塗敷方式、施加至黏合劑或膜體葉112之組件之機械力及溫度。以上所提供之該黏合劑可越過該第二濾過液載體120之邊緣前進之距離範圍僅為例示性。
當該黏合劑固化時，該第二濾過液載體120可被黏封或黏合至該膜體片118且該膜體片118可被黏封至一相鄰膜體片118，以形成膜體葉112之黏封邊緣。
視需要，該第二濾過液載體120之一部分之寬度可相同於膜體葉112之寬度或比膜體葉112之寬度大。該濾過液載體之此部分可用作為圍繞中央管116之一初始纏繞物或基本纏繞物，以支撐該等膜體葉112。
在膜體葉112之另一選項中，第二濾過液載體120之遠端邊緣亦可為遠離膜體片118之相關聯遠端邊緣。此選項可藉由黏合劑在該遠端邊緣擴展及滲透進入第二濾過液載體 120減少該膜體葉在三個黏封邊緣之總厚度。此可允許包含更多膜體葉112或視需要更長膜體葉122且藉此增大螺旋纏繞膜體元件110之總活性表面積。
在另一選項中，一較厚進流間隔片(未展示)可用於一元件10、110中。例如，若一典型進流間隔片114之厚度係約31密耳(約7.87x10-2公分)，則可使用具有介於約32密耳至35密耳(約8.13x10-2公分至8.89x10-2公分)或更大之間及所有子範圍之一厚度之一較厚進流間隔片。在此選項中，元件10、110之全部其他尺寸可維持相同且可存在可包含一較大、較少或相同數量之膜體葉12、112，只要該該元件不超過一既定壓力容器32之任何尺寸約束即可。例如，在極易出現堵塞該等進流間隔通道之過濾應用中，較佳使用厚度為35密耳(約8.89x10-2公分)之一進流間隔片且較少膜體葉12、112。作為一替代實例，在較不易發生堵塞(但堵塞維持一可操作限度內)之過濾應用中，較佳一起使用厚度為32密耳(約8.13x10-2公分)之進流間隔片可與一典型數量(或可能更多)之膜體葉12、112。
在另一選項中，該第二濾過液載體120可被結合至背襯表面162上之一位置，使得該第二濾過液載體120之該等側緣係遠離該膜體片118之該等側緣，以界定膜體葉112之兩個側邊上之邊界區164。
實例：
發明者製備三個不同螺旋纏繞膜體元件200、202及204。表1匯總用於製備螺旋纏繞膜體元件200、202、204 之組件及其近似尺寸。如上所述，寬度量測值反映與該中央管相平行延伸之邊緣之大小。長度量測值反映與該中央管相垂直延伸之該等側緣之大小。
類似條件可被用於生產全部三個螺旋纏繞膜體元件200、202及204中所使用之膜體片。螺旋纏繞膜體元件200中所使用之濾過液載體片之材料與螺旋纏繞膜體元件202及204中所使用之濾過液載體之材料不同。相較螺旋纏繞 膜體元件200中所使用之材料，所使用材料之差異使得該實際濾過液流量量測值增進約2%。
如上所述，螺旋纏繞膜體元件200、202及204之各者經製造具有如上所述之一黏封遠端邊緣，及一黏合劑線，其係塗敷於距離各膜體片之該等側緣約1英寸(2.54公分)處，該等元件係接著捲繞於一中央管上形成一38.1毫米之外徑且允許該黏合劑固化。螺旋纏繞膜體元件200、202、204之末端由一防伸縮裝置(ATD)緊固且各螺旋纏繞膜體200、202、204係接著以一光纖玻璃外部纏繞物加以纏繞。
圖7描繪螺旋纏繞膜體元件200、202、204沿其各自長度之五個位置所量測之外徑。位置1與位置5係位於相對末端。位置3係中點且位置2係位置1與位置3之間之中點且位置4係位置3與位置5之間之中點。螺旋纏繞膜體元件200之外徑量測值證明該等末端處與典型螺旋纏繞膜體元件中所觀察到之中間相比較所預期之較大外徑。螺旋纏繞膜體元件202、204之外徑量測值未證明此預期差異。當與螺旋纏繞膜體元件200相比較時，螺旋纏繞膜體元件202、204在所量測的全部位置上具有一較大外徑。此較大直徑很可能係由於螺旋纏繞膜體元件202及204中之膜體葉之數量之增加。檢查螺旋纏繞膜體元件200、202及204在該等末端之橫截面面積且濾過液載體片之同心層之間之距離經量測在螺旋纏繞元件200中為6毫米且在螺旋纏繞膜體元件202及204中為5.2毫米。
發明者以一標準真空測試來測試螺旋纏繞膜體元件 200、202、204中之膜體葉之黏封邊緣之完整性。該真空測試指示螺旋纏繞膜體元件200及202具有合適之黏封。如下文將進一步加以論述，螺旋纏繞膜體元件204不具有適合地黏封之膜體葉。
以下之表2提供所計算之活性膜體片面積及所計算之元件流量之一匯總。所計算之膜體片之活性面積係界定為將曝露於該等黏合劑線之間之進流料之膜體片之面積。
發明者在具有進流料之壓力容器中測試螺旋纏繞膜體元件200及202之實際功能，在225 psi之一壓力下及25℃之一溫度下，該進流料之一總溶解固體含量為3931 PPM。螺旋纏繞膜體元件200之實際流量係33,962升/分鐘且螺旋纏繞膜體元件202之實際流量係高出27.2%為43,191升/分鐘。
剖析螺旋纏繞膜體元件200、202及204而對膜體葉做出定性評估。檢查螺旋纏繞膜體元件200之兩個膜體葉且此兩個葉具有直形黏合線。
檢查螺旋纏繞膜體元件202之一個膜體葉且該黏合線出現均勻厚度及寬度，且該濾過液載體片之邊緣由該黏合劑接觸。有些跡象顯示分離層與螺旋纏繞膜體元件202中之 膜體片之折疊處之背襯側分層。所觀察到之缺陷非足够嚴重而在很大程度上影響螺旋纏繞膜體元件202之功能且可藉由在膜體片之折疊處施用膠帶或箔膜來支承。
檢查螺旋纏繞膜體元件204之兩個膜體葉且該等葉存在一些變色，此很可能係歸因於殘留氧化產物。此等黏合線係呈具有一不均勻厚度之波浪形垂直外觀且出現黏合劑之不均勻擴展。濾過液載體片之邊緣並非由該等邊緣上之黏合劑覆蓋且跡象顯示沿該等側緣溝流，其中該黏合劑沒有擴展到足够遠以接觸且滲透至該濾過液載體片之該等側緣內。若該黏合劑擴展以接觸且滲透至該濾過液載體內，則該溝流可避免。所檢查之各膜體葉內可存在兩個膜體片之很好黏合。
在另一實例中，發明者使用厚度為約9密耳(約2.28x10-2公分)之第二濾過液載體120及厚度為約5密耳(約1.27x10-2公分)之一膜體片118構造另一螺旋纏繞膜體元件。第二濾過液載體120及該黏合劑在側緣處之總厚度為約15密耳(約3.81x10-2公分)。比較而言，第二濾過液載體120及該黏合劑在遠端邊緣之厚度為約18密耳(約4.57x10-2公分)。所觀察到之側緣及遠端邊緣上處厚度之間之差異可由於與更多黏合劑殘留在第二濾過液載體120與膜體片118之間之交接面上之該遠端邊緣相比較，現在更多黏合劑擴展通過邊界區164且滲透至第二濾過液載體120之側緣內。發明者已觀察到在螺旋纏繞膜體元件之手動構造期間，該遠端邊緣可接收與其他黏封邊緣相比較之一較大量之膠。所塗敷之膠 量差異當與該等側緣相比較時可突出該遠端邊緣之厚度。另外，第二濾過液載體120之側緣與膜體片118之相關聯側緣之間之距離可改變螺旋纏繞膜體元件110之幾何形狀。所改變之幾何形狀可在該遠端邊緣提供一較大空間且允許膠之積存或收集，其可促成與該等側緣相比之一較厚遠端邊緣。
視需要，濾過液載體20及120可用於其他類型之膜體元件(例如，平坦膜體元件)中之膜體葉。在平坦膜體元件中，膜體葉可彼此上下堆疊或相鄰堆疊，以形成具有矩形橫截面之膜體元件。該矩形橫截面膜體元件可容納於一壓力容器或其他類型之外殼中，且一矩形或圓形內部橫截面且該等膜體元件係與一濾過液及廢料收集系統流體連通。例如，該等膜體葉可與濾過液收集管、導管、管道或其他收集器流體連通以如期地收集且引導濾過液。通常適合此等壓力容器之膜體葉之數量亦可由用黏合劑黏封之膜體葉之側緣之厚度所限制。此等膜體元件之活性表面面積可藉由使用促成(或不促成)該等邊緣之厚度之一濾過液載體20、120而增加。此可允許在一既定外殼之實體尺寸內以垂直、水平或其他方式包裝更多膜體葉112。
此書面說明書使用實例以揭示本發明之實施例且亦使任何熟習此項技術者能够實踐本發明之實施例，包含製造及使用任何裝置或系統且執行任何所併入之方法。本發明之實施例之可申請專利範疇係由申請專利範圍所界定的，且可包含熟習此項技術者所想到之其他實例。
10‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
12‧‧‧膜體葉
14‧‧‧間隔片
16‧‧‧中央管
18‧‧‧膜體片
20‧‧‧濾過液載體
22‧‧‧孔
24‧‧‧入口端
26‧‧‧集中端
30‧‧‧螺旋纏繞膜體模組
32‧‧‧壓力容器
34‧‧‧管狀體
36‧‧‧入口端
38‧‧‧出口端
42‧‧‧排放管
52‧‧‧第一端
54‧‧‧第二端
60‧‧‧中央部分
62‧‧‧邊界
64‧‧‧邊緣
66‧‧‧經行
68‧‧‧濾過液通道
70‧‧‧過渡區
110‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
112‧‧‧膜體葉
114‧‧‧間隔片
116‧‧‧中央管
118‧‧‧膜體片
120‧‧‧濾過液載體
160‧‧‧分離層
162‧‧‧背襯側/支撐表面
164‧‧‧邊界區
200‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
202‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
204‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
A‧‧‧軸線
圖1係一螺旋纏繞膜體元件之一剖開透視圖。
圖2係包含圖1之元件之一螺旋纏繞膜體模組之一剖開透視圖。
圖3係一濾過液載體之一俯視圖。
圖4係圖3之濾過液載體之一部分之一側視圖。
圖5係具有一第二例示性濾過液載體之一未纏繞螺旋纏繞膜體元件之一剖開透視圖。
圖6係包含該第二濾過液載體之一膜體葉之一剖開俯視平面圖。
圖7係表示所量測之三個實例螺旋纏繞膜體元件之外徑之一曲線圖。
10‧‧‧螺旋纏繞膜體元件
12‧‧‧膜體葉
14‧‧‧間隔片
16‧‧‧中央管
18‧‧‧膜體片
20‧‧‧濾過液載體
22‧‧‧孔
24‧‧‧入口端
26‧‧‧集中端
A‧‧‧軸線

Claims (8)

  1. 一種用於一螺旋纏繞膜體之濾過液載體，其包括，a)一中央部分；及b)一或多個邊界，其沿著該中央部分之一或兩個側緣，其中該一或多個邊界比該中央部分薄；其中該等邊界係最初具有與該中央部分相同之厚度，但其經壓縮以較該中央部分為薄。
  2. 如請求項1之濾過液載體，其中該一或多個邊界比該中央部分薄至少2密耳。
  3. 如請求項2之濾過液載體，其中該一或多個邊界比該中央部分薄2密耳至5密耳之間。
  4. 一種用於一螺旋纏繞膜體之濾過液載體，其包括，a)一中央部分；及b)一或多個邊界，其沿著該中央部分之一或兩個側緣，其中該一或多個邊界比該中央部分薄；其中相對於該中央部分，該等邊界係由以下一或多者針織而成：a)較薄紗線、b)更多可變形紗線、及c)或少許(包含零)的每英寸經行數。
  5. 一種製造用於螺旋纏繞膜體模組之一膜體葉之方法，其包括以下步驟：a)將如請求項1之一濾過液載體放置於兩個膜體片之間； b)將一黏合劑塗敷至該等邊界；及c)將該等膜體片壓緊在一起。
  6. 如請求項5之方法，其中將該等膜體片壓緊在一起之該步驟包括將該等膜體片及濾過液載體纏繞於一中央管上。
  7. 如請求項5之方法，其中該黏合劑僅被塗敷至該濾過液載體之該一或多個邊界與該中央部分之間之一或多個過渡區之外側的邊界。
  8. 一種用於一螺旋纏繞膜體之一膜體葉，其包括，a)一膜體片；及b)一濾過液載體，其具有一中央部分及沿著該中央部分之一或兩個側緣之一或多個邊界，其中該一或多個邊界比該中央部分薄或該一或多個邊界與該中央部分具有相同厚度且遠離該膜體片之至少一個側緣；其中一黏合劑僅在一個或多個過渡區之外側被塗敷至該邊界，該一個或多個過渡區係介於該一個或多個邊界與該濾過液載體之該中央部分之間。
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