具有保护特征的高截留率螺旋卷绕元件的制作方法

本主题发明涉及一种用于流体组分分离的膜系统，具体地涉及螺旋卷绕膜元件。

背景技术：

1、在错流过滤中，供给流体流动穿过过滤器并且在另一端处释放，而流体的某一部分通过穿过平行于流体流动方向的膜表面的过滤而移除。存在各种形式的错流过滤，包括板框系统、匣式系统、中空纤维系统和螺旋卷绕系统。板框过滤模块、匣式过滤模块和螺旋卷绕过滤模块通常依赖于堆叠的膜层，这些膜层在相邻过滤膜层之间提供间距。本发明主要涉及螺旋卷绕膜元件。

2、本领域中已知的螺旋卷绕膜过滤元件由叠层结构组成，该叠层结构包括密封到多孔渗透物载体上或围绕该多孔渗透物载体密封的膜片，该多孔渗透物载体产生了用于将穿过该膜到中心管的流体相对于中心管的轴线纵向地移除的路径，同时这个叠层结构围绕该中心管螺旋地缠绕并且通过多孔供给间隔件与自身隔开，从而允许流体从该元件的供给端到截留端轴向流动穿过该元件。传统上，使用供给间隔网以允许给水流动到螺旋卷绕元件中，并且允许废水沿平行于中心管并且关于元件构造为轴向的方向离开元件，给水的某一部分将穿过膜。

3、对螺旋卷绕元件的设计的改进已经在barger等人的美国专利6,632,357、bradford等人的美国专利7,311,831以及roderick等人在澳大利亚(2014223490)、日本(6499089)、中国(cn105163834b)、以色列(240883)和韩国(10-2196776)的名为“improvedspiral wound element construction[改进的螺旋卷绕元件构造]”的专利中进行了披露，这些改进用岛状物或突起物来代替供给间隔件，这些岛状物或突起物直接印刷、沉积或压印到膜的内侧或外侧表面上或渗透物载体上。roderick等人的名为“graded spacers forfiltration wound elements[用于过滤卷绕元件的分级间隔件]”的美国专利11,090,612描述了用于改变螺旋卷绕元件中的供给流动特性的高度分级间隔特征的使用。roderick等人的名为“interference patterns for spiral wound elements[用于螺旋卷绕元件的干涉图案]”的美国专利申请pct/us17/62424描述了螺旋卷绕元件中的图案，这些图案保持膜供给空间开放，但也在卷曲期间为膜包封胶区域提供支撑。roderick等人的名为“bridgesupport and reduced feed spacers for spiral-wound elements[用于螺旋卷绕元件的桥支撑件和减少的供给间隔件]”的美国专利申请pct/us18/55671描述了支撑特征，这些支撑特征应用于膜包封的远端(离中心管最远的端部)以在螺旋卷绕元件的胶合和卷曲期间提供支撑。herrington等人的名为“variable velocity patterns in cross flowfiltration[错流过滤中的可变速度图案]”的美国临时申请号63,051,738描述了支撑图案，这些支撑图案在平行于中心管的供给流动路径中从膜供给空间的供给端到截留端在大小上变化，以便随着供给溶液的浓度从螺旋卷绕元件的供给端到截留端增大而控制供给溶液的速度。roderick等人的名为的美国专利11,083,997描述了在膜供给空间的供给端和截留端中较密集的图案以及在中间较开放的图案，以便避免在元件制造期间印刷图案嵌套。上述参考文件可以有助于理解本发明，并通过援引并入本文。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括：(a)中心管；(b)一个或多个膜片，每个膜片在折叠线处自身折叠，从而提供具有面向彼此的内表面的第一膜半部和第二膜半部，其中，每个折叠双重膜片在折叠线靠近中心管的情况下围绕中心管螺旋卷绕；(c)每个膜片具有多个间隔特征，这些间隔特征设置在第一半部的内表面上；以及(d)折叠保护元件，该折叠保护元件与第一半部的内表面和第二半部的内表面一起安装，其中，折叠保护元件从折叠部在第一半部上延伸第一距离并且在第二半部上延伸第二距离，其中，第二距离大于第一距离。在一些实施例中，第一半部的在折叠部处开始并且延伸第三距离的区域不具有间隔特征，并且其中，第二距离大于第三距离。

2、在一些实施例中，折叠保护元件包括第二半部的内表面和第一半部的内表面的区域，在该区域上，设置了与间隔特征的材料相同的材料。如此上下文中所使用，“相同的材料”是指具有相同相关特性(例如，适用于沉积在膜上的条件、机械特性等)的材料。在本申请和此上下文中，它不需要不与机械性能或制造相关的特性的一致。

3、在一些实施例中，折叠保护元件包括仅在一侧上具有粘合剂的胶带，其中，胶带的粘合剂侧与第一半部和第二半部的内表面相邻，其中，胶带的硬度足以防止相对半部上的间隔特征损坏胶带下方的半部。在一些实施例中，胶带是不渗透的，以防止穿过可能在折叠部附近受损的膜的流体流动。在一些实施例中，折叠保护元件可以包括uv固化喷墨材料、热熔聚烯烃、聚氨酯、贴花或可以沉积在作用膜表面上的其他材料。所沉积的折叠保护材料的厚度可以是.010英寸厚，但较优选是.002英寸或更小。材料应是柔性的，以避免在折叠线折痕处开裂。在一些实施例中，胶带包括聚烯烃或聚酯。

4、本发明的实施例提供了一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括：(a)中心管；(b)一个或多个膜片，每个膜片在折叠线处自身折叠，从而提供具有面向彼此的内表面的第一膜半部和第二膜半部，其中，每个折叠双重膜片在折叠线靠近中心管的情况下围绕中心管螺旋卷绕；(c)每个膜片具有多个间隔特征，这些间隔特征设置在第一半部的内表面上；以及(d)内部缠绕支撑元件，该内部缠绕支撑元件包括设置在第一半部的内表面上的多个内部缠绕支撑特征，其中，内部缠绕支撑特征以一定密度设置，并且间隔特征以比内部缠绕支撑特征的密度小的密度设置。

5、在一些实施例中，折叠保护间隔特征以平行于中心管的密度以及正交于中心管的密度设置，其中，平行于中心管的密度是恒定的，并且其中，正交于中心管的密度随着距折叠部的距离增大而减小。

6、本发明的实施例提供了一种生产螺旋卷绕元件的方法，该方法包括：(a)提供中心管；(b)提供一个或多个膜片，每个膜片在折叠线处自身折叠，从而提供具有面向彼此的内表面的第一膜半部和第二膜半部，其中，每个折叠双重膜片在折叠线靠近中心管的情况下围绕中心管螺旋卷绕，每个膜片具有多个间隔特征，这些间隔特征设置在第一半部的内表面上；(c)提供折叠保护元件，该折叠保护元件与第一半部的内表面和第二半部的内表面一起安装，其中，折叠保护元件从折叠部在第一半部上延伸第一距离并且在第二半部上延伸第二距离，其中，第二距离大于第一距离；(d)将该一个或多个膜片围绕中心管螺旋卷绕。在一些实施例中，折叠保护元件包括聚氨酯或环氧基粘合剂，该聚氨酯或环氧基粘合剂设置在第一膜半部和第二膜半部的第二表面上，并穿过第二表面穿透到对应膜片中。

技术特征：

1.一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括：

2.如权利要求1所述的元件，其中，该折叠保护元件包括该第二半部的内表面和该第一半部的内表面的区域，在该区域上，设置了与这些间隔特征的材料相同的材料。

3.如权利要求1所述的元件，其中，该折叠保护元件包括仅在一侧上具有粘合剂的胶带，其中，该胶带的粘合剂侧与该第一半部和该第二半部的内表面相邻，其中，该胶带是不渗透的。

4.一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括：

5.如权利要求4所述的元件，其中，这些内部缠绕支撑特征以平行于该中心管的密度以及正交于该中心管的密度设置，其中，平行于该中心管的该密度是恒定的，并且其中，正交于该中心管的该密度随着距该折叠部的距离增大而减小。

6.一种生产螺旋卷绕元件的方法，该方法包括：

7.如权利要求3所述的元件，其中，该胶带包括聚烯烃或聚酯。

8.如权利要求1所述的元件，其中，该第一半部的在该折叠部处开始并且延伸第三距离的区域不具有间隔特征，并且其中，该第二距离大于该第三距离。

9.如权利要求6所述的方法，其中，该第一半部的在该折叠部处开始并且延伸第三距离的区域不具有间隔特征，并且其中，该第二距离大于该第三距离。

10.如权利要求1所述的元件，其中，该折叠保护元件包括聚氨酯或环氧基粘合剂，该聚氨酯或环氧基粘合剂设置在该第一膜半部和该第二膜半部的第二表面上，并穿过该第二表面穿透到对应膜片中。

11.一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括：

技术总结印刷间隔膜元件提供了在膜表面上施加任何图案以充当供给间隔材料的独特优点。这与在整个网上厚度和密度均匀的常规供给间隔网状材料形成对比。较开放的供给空间可以得以使用，但也可能导致较高应力集中，并且其中间隔材料与相对膜叶接触。本专利提出了用于通过以下方式减少膜叶上的损坏的构思：在膜叶上的应力集中最大之处在中心管附近增大印刷图案集中，在卷曲前将膜片定向以最小化卷曲期间因滑移所致的损坏，将折叠部背离第一特征移动以最小化插入点处的泄漏。技术研发人员：罗德尼·赫林顿,凯文·罗德里克,克里斯托弗·库思受保护的技术使用者：阿夸曼布拉尼斯公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10