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，供给流体流动穿过螺旋卷绕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、中空纤维系统或螺旋卷绕系统。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，并且本发明适用于这种系统。
2、螺旋卷绕膜过滤元件在本领域中是众所周知的，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(reject)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herrington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“non-nesting,non-deforming patterns in spiralwound elements[螺旋卷绕元件中的不嵌套、不变形图案]”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在粘合线处嵌套。
技术实现思路
1、本发明描述了一种制造螺旋卷绕膜元件的新颖方法，与使用常规网状供给间隔件的现有技术中可用的元件相比，这些螺旋卷绕膜元件提供增大的渗透物流量，同时减少能量消耗。
2、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一个或多个膜片，每个膜片在折叠线处自身折叠，从而提供面向彼此的第一膜半部和第二膜半部，其中，每个折叠膜片在折叠线靠近中心管的情况下围绕中心管螺旋卷绕，并且第一膜半部相对于第二膜半部形成内卷，每个膜片具有设置在第一半部和第二半部中的至少一个的表面上的多个间隔特征，其中，在折叠线靠近中心管的情况下，从折叠线到第一间隔特征的距离大于或等于中心管的直径除以膜片的数量。
3、在一些实施例中，间隔特征设置在第一膜半部上而不设置在第二膜半部上。在一些实施例中，间隔特征设置在第二膜半部上而不设置在第一膜半部上。一些实施例进一步包括在每对相邻折叠膜片之间的可渗透渗透物载体，其中，渗透物载体被安装成与折叠膜片的非作用侧相邻。在螺旋卷绕元件中可以存在一个或多个折叠膜片。
4、在一些实施例中，元件中的膜的面堆积密度大于33in2/in3。在一些实施例中，元件中的膜的面堆积密度大于35in2/in3。在一些实施例中，元件中的膜的面堆积密度大于39in2/in3。在一些实施例中，元件中的膜的面堆积密度大于41in2/in3。在一些实施例中，元件中的膜的面堆积密度大于43in2/in3。
5、在一些实施例中，间隔特征具有在对应膜上方延伸的高度，其中，靠近折叠线的间隔特征的高度小于远离折叠线的间隔特征的高度。在一些实施例中，与折叠线相距大于中心管的半径的间隔特征具有恒定的高度，并且比中心管的直径靠近折叠线的间隔特征具有随着距折叠线的距离而增大的高度。在一些实施例中，与折叠线相距大于中心管的直径的间隔特征具有恒定的高度，并且比中心管的直径靠近折叠线的间隔特征具有随着距折叠线的距离而增大的高度。在一些实施例中，与折叠线相距大于中心管的周长的间隔特征具有恒定的高度，并且比中心管的直径靠近折叠线的间隔特征具有随着距折叠线的距离而增大的高度。
6、在一些实施例中，间隔特征占据膜半部之间的体积不到7％。在一些实施例中，间隔特征占据膜半部之间的体积不到5％。在一些实施例中，间隔特征占据膜半部之间的体积不到2％。在一些实施例中，间隔特征占据间隔特征沉积在其上的膜的面积不到7％。在一些实施例中，间隔特征占据间隔特征沉积在其上的膜的面积不到5％。在一些实施例中，间隔特征占据间隔特征沉积在其上的膜的面积不到2％。
7、本发明的实施例提供了一种组件，该组件包括(a)多个折叠膜，每个折叠膜包括膜片，该膜片具有作用表面以及与作用表面相反的非作用表面，膜片在作用表面面向彼此的情况下沿着折叠线对半折叠，其中，膜片上设置了多个间隔特征，距该折叠线小于0.1英寸的区域不具有间隔特征；(b)多个可渗透渗透物载体片；(c)中心管；(d)其中，渗透物载体片围绕中心管螺旋卷绕并且在折叠膜处于每对渗透物载体片之间的情况下焊接在一起。
8、在一些实施例中，渗透物载体片在每个相继的渗透物载体片的前缘与前一渗透物载体片的前缘分开不超过中心管的周长除以渗透物载体片的数量的情况下焊接在一起。在一些实施例中，第二渗透物载体片在至少为中心管的周长的距离处焊接到第一渗透物载体片，并且第三渗透物载体片在不超过中心管的周长除以渗透物载体片的数量的距离处焊接到第二渗透物载体片。
9、本发明的实施例提供了一种螺旋卷绕流体处理元件，该螺旋卷绕流体处理元件包括：(a)收集管；(b)一个或多个膜片，每个膜片具有适合于接触要处理的流体的第一表面以及与第一表面相反的第二表面，膜片围绕收集管螺旋卷绕；(c)设置在每个膜片的第一表面的第一半部上的多个间隔特征，其中，每个间隔特征具有垂直于收集管的轴线的截面，该截面具有第一端和第二端并且从第一端延伸到第二端，其中，第一端比第二端宽。
10、在一些实施例中，间隔元件的第一端与对应膜片的第一半部接触，并且其中，膜片的第一半部的第一表面背向收集管。在一些实施例中，间隔元件的第一端与对应膜片的第一半部接触，并且其中，膜片的第一半部的第一表面面向收集管。
11、在一些实施例中，第二端宽度与第一端宽度的比值小于0.98。在一些实施例中，第二端宽度与第一端宽度的比值小于0.95。在一些实施例中，第二端宽度与第一端宽度的比值小于0.85。在一些实施例中，间隔元件包括热塑性塑料、反应性聚合物、蜡或树脂中的一种或多种。
12、本发明的实施例提供了一种螺旋卷绕流体处理元件，该螺旋卷绕流体处理元件包括：(a)收集管；(b)多个膜片，每个膜片具有作用表面以及与作用表面相反的非作用表面，其中，每个膜片沿着折叠线折叠，使得作用表面面向彼此，并且其中，每个膜片被设置成折叠线靠近收集管；(c)其中，每个膜片在其作用表面上设置了多个间隔特征，其中，每个间隔特征具有垂直于收集管的轴线的截面，该截面具有第一端和第二端并且从第一端延伸到第二端，其中，第一端比第二端宽。
13、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设置在膜上的印刷特征，其中，膜表面处的特征的宽度r不同于特征的在特征的顶部处的宽度s，其中s<r并且膜片被定向成使得对于给定特征，宽度r的位置比宽度s的位置远离中心管。
14、在一些实施例中，间隔特征从对应膜延伸0.003”到0.050”的距离。
1.一种螺旋卷绕元件，该螺旋卷绕元件包括两个或更多个膜片，每个膜片在折叠线处自身折叠，从而提供面向彼此的第一膜半部和第二膜半部，其中，每个折叠膜片在该折叠线靠近该中心管的情况下围绕该中心管螺旋卷绕，并且该第一膜半部相对于该第二膜半部形成内卷，每个膜片具有设置在该第一半部和该第二半部中的至少一个的表面上的多个间隔特征，其中，在折叠线靠近该中心管的情况下，从该折叠线到第一间隔特征的距离大于或等于该中心管的直径除以膜片的数量。
2.如权利要求1所述的元件，其中，这些间隔特征设置在该第一膜半部上而不设置在该第二膜半部上。
3.如权利要求1所述的元件，其中，这些间隔特征设置在该第二膜半部上而不设置在该第一膜半部上。
4.如权利要求1所述的元件，进一步包括在每对相邻折叠膜片之间的可渗透渗透物载体。
5.如权利要求1所述的元件，其中，该膜片的面堆积密度大于33in2/in3。
6.如权利要求5所述的元件，其中，该膜片的面堆积密度大于35in2/in3。
7.如权利要求6所述的元件，其中，该膜片的面堆积密度大于39in2/in3。
8.如权利要求7所述的元件，其中，该膜片的面堆积密度大于41in2/in3。
9.如权利要求8所述的元件，其中，该膜片的面堆积密度大于43in2/in3。
10.如权利要求1所述的元件，其中，这些间隔特征具有在对应膜上方延伸的高度，其中，靠近该折叠线的间隔特征的高度小于远离该折叠线的间隔特征的高度。
11.如权利要求1所述的元件，其中，与该折叠线相距大于该中心管的直径的这些间隔特征具有恒定的高度，并且比该中心管的直径靠近该折叠线的间隔特征具有随着距该折叠线的距离而增大的高度。
12.如权利要求11所述的元件，其中，与该折叠线相距大于该中心管的周长的这些间隔特征具有恒定的高度，并且比该中心管的直径靠近该折叠线的间隔特征具有随着距该折叠线的距离而增大的高度。
13.如权利要求11所述的元件，其中，与该折叠线相距大于该元件的直径的这些间隔特征具有恒定的高度，并且比该元件的直径靠近该折叠线的间隔特征具有随着距该折叠线的距离而增大的高度。
14.如权利要求1所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些膜半部之间的体积不到7％。
15.如权利要求14所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些膜半部之间的体积不到5％。
16.如权利要求14所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些膜半部之间的体积不到2％。
17.如权利要求1所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些间隔特征沉积在其上的膜的面积不到7％。
18.如权利要求17所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些间隔特征沉积在其上的膜的面积不到5％。
19.如权利要求18所述的元件，其中，这些间隔特征占据这些间隔特征沉积在其上的膜的面积不到2％。
20.一种组件，包括：
21.如权利要求20所述的组件，其中，这些渗透物载体片在每个相继的渗透物载体片的前缘与前一渗透物载体片的前缘分开不超过该中心管的周长除以渗透物载体片的数量的情况下焊接在一起。
22.如权利要求20所述的组件，其中，第二渗透物载体片在至少为该中心管的周长的距离处焊接到第一渗透物载体片，并且第三渗透物载体片在不超过该中心管的周长除以渗透物载体片的数量的距离处焊接到这些第二渗透物载体片。
