[发明专利]螺旋卷绕膜卷和组件

说明书

描述了螺旋卷绕膜卷和组件以及制造这种膜卷和组件的方法，以及包括这种螺旋卷绕膜卷和组件的水提取或水过滤系统及其在正向渗透工艺、辅助正向渗透工艺、或压力延迟渗透工艺中的用途。

技术领域

本发明涉及螺旋卷绕膜卷以及包括该螺旋卷绕膜卷的膜组件。膜卷和膜组件可用于直接渗透驱动的水提取或过滤系统中，在该系统中，由膜分离并具有不同渗透压可能性的两种含水流沿着压力梯度在膜上形成水通量。另外，本发明涉及包括膜卷或膜组件的水过滤系统。

背景技术

阻碍正向渗透(FO)的工业应用存在许多挑战。要克服的主要挑战之一是合适的组件设计，其要满足膜袋面积、尺寸、有效性、耐久性、便利性和防污性能的要求，这些性能中的许多受到膜的每一侧上的两种含水流的流动路径的影响。

现有技术的螺旋卷绕FO设计的典型示例(例如US 4,033,878和WO 2003/053348)公开了来自中央穿孔管的两种含水流之一从同一边缘进出膜袋的流动，形成U形路径。通常，袋中的一个或更多个胶线引导袋内的含水流。然而，这种胶线占据膜面积，从而减少了可用于水流过膜的面积。

发明内容

概括地说，本发明提供了一种膜卷，其包括具有四个边缘的一个或更多个四边形膜袋，所述膜袋适于第一含水液体在膜袋内部从一个侧边缘流到另一侧边缘，以及第二含水液体在膜袋外部从最靠近中心管的边缘流到相对的外边缘或者可选地沿相反方向流动。因此，实现了交叉流动，其中两种含水液体通过膜隔开彼此成直角地流动，所述膜是半透膜或选择性可渗透膜。这种交叉流动在整个膜面积上提供均匀的通量，因此还提供了具有成品膜组件的高度有效的膜面积与体积比的膜组件。

本发明的螺旋膜组件在实现浓缩程序中可能是特别有利的。例如，橙汁或其它果汁可以通过在水提取系统(比如在US 2016/016127“Systems for Water Extraction”中所描述的)中利用本组件进行脱水和浓缩。另外，该膜组件可以有利地用于透析类型的操作中，例如，从含有溶解杂质的含水液体中分离溶质和胶体。在另一示例中，透析膜可以在用于净化血流的组件中使用，其中含氮废物和其它毒素将通过渗透流入适当的人造血浆流或在膜的另一侧上流动的其它期望的流而被移除。此外，该膜组件可以在淡盐水或海水的脱盐中使用。

因此，在一个方面，本发明提供了一种膜卷(2)，包括：

由半透或选择性可渗透膜材料形成的一个或更多个膜袋(3)；

其中，每个膜袋具有四个大致直的边缘：

中心边缘(4a)和大致相对的外边缘(4b)；以及

第一侧边缘(4c)和大致相对的第二侧边缘(4d)；

膜袋在袋内部限定膜卷的内部区域(5)，并且在膜袋外部限定膜卷的外部区域(6)；

其中，膜材料的面向内部区域的侧面沿着中心边缘(4a)且沿着外边缘(4b)封闭，以防止与膜卷的外部区域(6)流体连通；

其中，膜材料的面向膜卷的外部区域(6)的各侧面抵靠膜材料的面向外部区域(6)的相邻(当螺旋卷绕时)侧面并且沿着第一侧边缘(4c)且沿着第二侧边缘(4d)密封，以防止与膜卷的内部区域(5)流体连通；

并且其中，膜袋从中心边缘(4a)螺旋卷绕到外边缘(4b)；在膜卷的内部区域(5)中的一个或更多个间隔元件(14)；

在膜卷的外部区域(6)中的一个或更多个间隔元件(15)；以及

中心管(7)，该中心管具有允许与膜卷的外部区域(6)流体连通的装置(17c)；从而形成第一含水液体在膜袋内部从一个侧边缘(4c、4d)流动到另一个侧边缘(4c、4d)的流动路径、以及第二含水液体在膜袋外部从最靠近中心管(7)的中心边缘流动到相对的外边缘的流动路径。