用于降低反渗透元件的压差的进料间隔件和形成喷嘴的制作方法

1.本技术要求于2019年3月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2019
‑
0035633号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
2.本发明涉及用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件和用于形成其的喷嘴，并且更特别地，涉及其中构成反渗透元件的进料间隔件的截面具有菱形形状，使得通过原水在反渗透膜的界面处的有效流动使进料间隔件中的压力损失最小化的用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件和用于形成所述进料间隔件的喷嘴。


背景技术：

3.地球是其中水占其表面的70％的行星。海水占总水量的97.5％，并且海水无法用作饮用水。因此，已经开发了除去溶解在海水中的盐并将海水转化成可以用作饮用水的淡水的海水淡化技术。在过去，使用通过将海水煮沸并收集水蒸气来生产纯水的方法。然而，近来，已经使用了利用反渗透过滤器生产纯水的方法作为用于海水淡化的核心技术。
4.与其中水从具有低浓度的位点移动至具有高浓度的位点的渗透不同，反渗透是其中向高浓度溶液施加压力以使水移动至低浓度溶液的现象。在粗盐或污染物无法通过过滤器的同时，仅水通过过滤器，使得可以获得纯净且清洁的水。反渗透用于生产医疗用途用无菌水、净化水和半导体制造用水的各种领域。
5.已经使用了利用反渗透的反渗透元件。反渗透元件通过将复数个反渗透膜、复数个进料间隔件和复数个透过间隔件堆叠来配置。反渗透元件围绕集水管。当原水被供应至反渗透元件的一侧时，在原水沿进料间隔件流动的同时，甚至小于纳米的细污染物也通过反渗透膜被过滤出来，并从反渗透元件的另一侧取出可渗透水。通过反渗透膜过滤的可渗透水沿透过间隔件流动，流入集水管的孔中，然后流入集水管中。因此，为了减少在原水流动时的压力损失，反渗透元件具有能够承受高压的结构。
6.通常，使用网格状间隔件作为进料间隔件，使得确保原水的流动路径以增加原水的流动，从而减轻在反渗透膜的界面处发生的离子极化。然而，当原水的流动增加时，可渗透水的物理特性例如盐除去率和透过率得到改善，但是由于流动摩擦的增加而产生压力损失。因此，存在压差增加的问题，这导致运行成本的增加。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本发明致力于解决上述问题，本发明的一个目的是提供用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件，所述进料间隔件具有菱形形状的垂直截面，所述进料间隔件可以通过在反渗透膜的界面处产生原水的有效流动来降低反渗透元件中的压差。
9.本发明的另一个目的是提供用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴，所述喷嘴能够形成可以降低反渗透元件中的压差的具有菱形形状的垂直截面的进料间隔件。
10.技术方案
11.根据本发明的用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件是这样的进料间隔件：其中复数根股线设置成网格形状以具有预定的交叉点，以及股线的垂直截面具有菱形形状。
12.此外，股线可以形成具有两层结构的网格。
13.此外，股线之间的交叉点的一侧处的角度可以为80
°
或更小。
14.此外，股线之间的交叉点之间的长度可以全部彼此相等，以及进料间隔件的厚度可以是恒定的。
15.此外，反渗透元件中的压差可以随着股线之间的交叉点之间的长度与进料间隔件的厚度的比率增加而减小。
16.根据本发明的用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴可以形成根据本发明的进料间隔件。
17.此外，喷嘴可以具有双重结构。
18.此外，喷嘴可以具有一个或更多个菱形槽。
19.此外，槽之间的长度可以是可调节的。
20.此外，槽的尺寸可以是可调节的。
21.有益效果
22.根据本发明，可以通过提供具有菱形形状的垂直截面的进料间隔件来降低运行反渗透元件所需的成本，所述进料间隔件可以通过在反渗透元件的反渗透膜的界面处产生原水的有效流动来降低压差并减轻离子极化。
23.此外，可以提供用于形成所述进料间隔件的喷嘴，所述喷嘴能够形成可以降低反渗透元件中的压差的具有菱形形状的垂直截面的进料间隔件。
附图说明
24.图1是根据本发明的一个示例性实施方案的股线的透视图。
25.图2是根据本发明的示例性实施方案的用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的透视图。
26.图3是根据本发明的示例性实施方案的用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴100的截面图。
具体实施方式
27.在下文中，将参照附图详细地描述本发明。在此，将省略可能不必要地使本发明的主题模糊的公知功能和配置的重复描述和详细描述。提供本发明的示例性实施方案以向本领域普通技术人员完整地说明本发明。因此，为了更明显的描述，附图中示出的元件的形状和尺寸可能被放大。
28.在整个说明书中，除非明确相反地描述，否则词语“包含(comprise)”或“包括(include)”及变型例如“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”或“包括(including)”将被理解为暗指包括所陈述的构成要素，不排除任何其他构成要素。
29.在下文中，提出示例性实施方案以帮助理解本发明。然而，提供以下示例性实施方
案仅用于更容易地理解本发明，并且本发明的内容不受这些示例性实施方案的限制。
30.图1是根据本发明的一个示例性实施方案的股线的透视图，图2是根据本发明的示例性实施方案的用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的透视图。
31.反渗透元件可以通过将复数个反渗透膜、复数个进料间隔件和复数个透过间隔件堆叠来配置，并且可以围绕集水管。进料间隔件定位在反渗透膜之间并且保持反渗透膜之间的恒定间隔。进料间隔件可以用于阻挡反渗透膜的表面以将通过反渗透膜引入的原水中包含的污染物过滤出来。因此，为了使原水中包含的污染物能够流动而不聚集，进料间隔件可以具有由被布置成具有预定交叉点的复数根股线制成的网格形状。在这种情况下，股线的材料可以为但不特别限于以下中的任一者：聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、聚酯、聚丙烯(pp)、以及两种或更多种聚合物的混合物。此外，股线可以具有菱形形状的垂直截面。当厚度保持相同时，菱形形状可以具有比圆形形状或四边形形状更小的面积。因此，可以增加包括各自具有菱形形状的垂直截面的股线的进料间隔件中的流动路径，使得可以减小对反渗透元件的流动阻力，从而降低压差。
32.根据本发明的进料间隔件的网格形状可以具有两层结构。首先，将一些股线在相对于原水的流动方向倾斜的方向上以预定间隔平行地设置。此后，将剩余股线在与该倾斜方向对称的反向倾斜方向上在先前的股线上以预定间隔平行地设置，以形成交叉点。基于设置的股线的位置，网格形状可以为具有相同边的平行四边形形状。在这种情况下，相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为80
°
或更小。原水的流动良好地没有与股线分离。在原水沿股线流动比较长时间之后，原水的流动分离，然后原水的流动散开。当原水的流动扩散大时，原水被均匀地供应至反渗透膜的界面，并且使原水的流动混合，使得可以降低离子极化，并且可以降低反渗透膜的流动阻力，从而降低反渗透元件中的压差。当平行四边形的角度θ超过80
°
时，原水的流动容易与股线分离，并且原水的流动很难散开。
33.同时，由于进料间隔件具有拥有相同边的平行四边形形状的网格形状，因此股线在交叉点p之间的部分的长度l和g彼此相等。一层股线的厚度具有恒定值h/2，通过将股线定位成两层而制成的进料间隔件的厚度具有恒定值h。股线之间的交叉点p之间的长度l或g可以为但不特别限于2mm至5mm。如果长度l或g小于2mm，则离子极化被抑制，但进料间隔件中的压力损失增加。相反，如果长度l或g大于5mm，则进料间隔件中的压力损失减小，但发生离子极化，这可能导致反渗透元件的性能劣化。进料间隔件的厚度h可以为但不特别限于0.5mm至2.0mm。如果厚度h小于0.5mm，则流动路径可能被原水中包含的异物堵塞，或者用于泵送原水的泵所需的功率可能增加。相反，如果厚度h大于2.0mm，则反渗透元件的反渗透膜的面积减小，这可能导致反渗透膜的性能降低。如上所述，在股线之间的交叉点p之间的长度l或g的范围和进料间隔件的厚度h的范围内，由于压力损失随着股线之间的交叉点p之间的长度l或g与进料间隔件的厚度h的比率(l/h)的值增加而减小，因此可以减小进料间隔件中的压差。
34.图3是根据本发明的示例性实施方案的用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴100的截面图。
35.用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴100可以包括外喷嘴10、内喷嘴20和槽30。
36.根据本发明的用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴100可
以通过将用作股线材料的聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、聚酯、聚丙烯(pp)、以及两种或更多种聚合物的混合物中的任一者射出来形成根据本发明的用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件。
37.用于形成用于降低反渗透元件中的压差的进料间隔件的喷嘴100可以具有包括外喷嘴10和内喷嘴20的双重结构。复数个槽30定位在其中外喷嘴10和内喷嘴20彼此接触的部分处，并且复数个槽30中的每一者用于形成股线的截面。当外喷嘴10和内喷嘴20彼此接合并旋转时，可以调节复数个槽30之间的距离，并因此也可以调节股线之间的交叉点p之间的长度l或g。此外，槽30可以被设计成具有菱形形状，从而形成股线。待形成的股线的面积也根据槽30的尺寸而变化，进料间隔件的厚度h可以随着槽30的尺寸增加而增加。
38.<比较例1>
39.测量由具有方形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为90
°
的网格的进料间隔件中的压差。
40.<比较例2>
41.测量由具有圆形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为90
°
的网格的进料间隔件中的压差。
42.<比较例3>
43.测量由具有方形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为75
°
的网格的进料间隔件中的压差。
44.<比较例4>
45.测量由具有方形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为75
°
的网格的进料间隔件中的压差。
46.<实施例1>
47.测量由具有菱形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为75
°
的网格的进料间隔件中的压差。
48.<实施例2>
49.测量由具有菱形形状的类型的喷嘴制成并且具有其中相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ为80
°
的网格的进料间隔件中的压差。
50.[表1]
[0051] θ(
°
)1＝g(mm)l/h压差(psi)喷嘴类型比较例1902.903.373.94方形比较例2903.704.302.33圆形比较例3752.923.402.96方形比较例4753.524.092.79方形实施例1754.635.381.83菱形实施例2803.804.492.03菱形
[0052]
为了测量进料间隔件中的压差的变化，使用包括比较例和实施例的元件。在这种情况下，元件为具有8英寸的直径的标准元件，并且有效膜面积为37m2。此外，使包含2000ppm nacl的原水在225psi的原水压力下流至元件，并且压差为当平均流量(原水的流量和可渗透水的流量的算术平均值)为44gpm时测量的值。
[0053]
由根据实施例和比较例的喷嘴类型形成的股线的垂直截面与喷嘴类型的形状相同。因此，参照表1，根据比较例1至4的股线具有相关技术中的方形形状和圆形形状的垂直截面，以及在实施例1和2中，使用根据本发明的具有菱形形状的垂直截面的股线。
[0054]
首先，当对比较例1和3进行比较时，喷嘴类型具有相同的方形形状，并且相对于原水的流动方向，网格的平行四边形的角度θ在比较例1中为90
°
，在比较例3中为75
°
。在这种情况下，压差在比较例1中为3.94psi，在比较例3中为2.96psi。因此，可以确定，当角度θ为80
°
或更小时，进料间隔件中的压差降低。
[0055]
当对比较例3和实施例1进行比较时，相对于原水的流动方向，平行四边形的角度θ彼此相同，为75
°
。在比较例3中，当长度1为2.92mm时，股线之间的交叉点之间的长度1与进料间隔件的厚度的比率(l/h)为3.40。在实施例1中，当长度1为4.63mm时，股线之间的交叉点之间的长度1与进料间隔件的厚度的比率(l/h)为5.38。在这种情况下，压差在比较例3中为2.96psi，在实施例1中为1.83psi。因此，可以确定，当股线之间的交叉点之间的长度1与进料间隔件的厚度的比率(l/h)增加时，进料间隔件的压差降低。
[0056]
当对比较例4和实施例2进行比较时，比较例4和实施例2具有相似的股线之间的交叉点之间的长度l与进料间隔件的厚度的比率(l/h)，并且股线的垂直截面在比较例3中为方形形状，在实施例2中为菱形形状。此外，在比较例3中平行四边形的角度θ为75
°
，在实施例2中平行四边形的角度θ为80
°
，其为与比较例3中的角度相比增加的值。在这种情况下，压差在比较例4中为2.79psi，在实施例2中为2.03psi。因此，可以确定，当股线的垂直截面具有菱形形状时，即使相对于原水的流动方向，网格的平行四边形的角度θ增加，进料间隔件中的压差也降低。
[0057]
即，可以确定，使用根据本发明的具有菱形形状的股线的设计使进料间隔件中的压差降低。此外，可以确定，当股线之间的交叉点之间的角度θ为80
°
或更小以及股线之间的交叉点之间的长度l与股线的厚度的比率(l/h)增加时，进料间隔件中的压差降低。
[0058]
虽然以上参照示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求书中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。