JP2004536703A

JP2004536703A - 分離膜末端キャップ

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Publication number: JP2004536703A
Application number: JP2003516667A
Authority: JP
Inventors: ジョンハラン，マシュウ; イージョンソン，ジョン; ダラスジョンソン，ランス
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2022-07-03
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Abstract

【課題】種々の流体成分を分離するための商業的な膜分離プロセスにおいて有用な分離要素及び分離膜末端キャップを提供する。
【解決手段】透過液を集めるために透過性分離体の第一側部と流体連通している透過液流路を定めている該透過性分離体；第一末端と第二末端との間の軸に沿って延びていると共に該透過液流路と流体連通している透過液チューブ；該透過性分離体の第二側部上の保持液流路；該透過液チューブに接続しそしてシール面と隣接位にある分離要素のシール面との間のシール用部材を軸方向に圧縮できるようになっている該シール面をもつ分離要素。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は種々の流体成分を分離するのに有用な分離要素に関する。さらに特徴的には、本発明は隣接している分離要素をシールするためのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力駆動流体分離システムの使用は良く知られている。そのようなシステムにおいては、流体混合物は、選択的障壁（バリア）として作用する流体組成物の或る成分を他方よりより容易に通過させるようにした膜の面を横切って通過する。
【０００３】
中空繊維及び螺旋巻き膜の装置は商業的な流体分離プロセスにおいて一般的に使用されている。螺旋巻き膜の使用はそれが大きな膜接触面積をもち一方全体の槽容積を小さくできることから利点がある。商業的使用のための螺旋巻き膜の標準的な供給方法は膜を巻いた透過液チューブ又は導管の部分からなる膜要素の形態である。これらの膜要素は単独で又は透過液導管部分を接続することによって連続に組み合わせて使用することができる。螺旋巻き膜要素の通常の使用方法はそれらを単独で又は流体分離モジュールを形成するために容器中で多数用いることである。そのモジュールは、順番に、単独で又は望ましい処理を与えるために直列及び／又は並列に配列して相互に連結するのが便利である。
【０００４】
螺旋巻き膜は典型的には中心を透過する流れを回収するための孔を含む中心導管の周りを１以上の膜物質のシートで覆うことによって形成される。スペーサー又は他の装置が供給混合物が通過して保持成分と膜面を通過する透過成分に分離する供給保持液（ｒｅｔｅｎａｔｅ）流路を維持するために使用することができる。螺旋巻き膜要素の例としては特許文献１及び特許文献２に見られる。
【０００５】
単一のモジュール内で多数の膜要素が使用されるときは隣接する要素、そして特に透過液チューブへの供給流体流れを防止するために対応する隣接透過液チューブをお互いにシールすることが望ましい。典型的には、シュバルツによる特許文献３に開示されているようなスライディングシール法の使用によって達成される。そのようなスライディングシール法においては、相互に連結したパイプ又はチューブは隣接する分離要素の隣接する透過液チューブの末端内に収容される。相互に連結したパイプはそれぞれがＯリングを収容し保持する末端上の一対の空間溝をもつ。Ｏリングは相互に連結したパイプの外側末端と各透過液チューブの内面の間に放射状の圧力を適用することによって透過流体と保持流体に分離するために配置される。特許文献３はさらに分離膜のそれぞれの末端上に置かれた一対の末端キャップを開示している。各末端キャップは分離要素の透過液チューブを収容するための内側開口部と隣接する分離要素をお互いに保持するための外側締め付けリングをもつ。Ｏリングは末端キャップの外周部でシールをするために締め付けリング上に保持される。シールは隣接する末端キャップの間にありそして供給液流れ又は保持液流れが隣接する分離要素間の圧力容器壁に沿って流れることを防止するためのシールを与える。
【０００６】
補足的な末端キャップ構造は特許文献４に示されておりそこでは末端キャップは隣接の透過液チューブに挿入するために各末端に配置されたシール構造をもつ不可欠な相互接続チューブを含む。同様の構造は特許文献５に示されている。特許文献６はまたそれらのいずれかの末端上にシールをもつ相互接続チューブを示している。
【０００７】
チューブを相互接続する他の方法は特許文献７に示されている。この組み立てにおいては、種々の内径をもつ相互接続パイプが保持液チューブの圧力損失を調節するために使用されている。
【０００８】
これらの方法はそれぞれ透過液チューブより比較的小さな直径をもつ或る種の相互接続パイプを必要としている。相互接続パイプは隣接の透過液チューブの末端に挿入されており、結果として圧力損失をもたらす。さらに、相互接続パイプの挿入により、Ｏリングは変形したり又は溝から移動したりし易く、結果として不完全なシールをもたらす。この種の相互接続パイプの設置においては、設置を容易にするためにＯリングに潤滑剤を加えることが知られている。潤滑剤は透過液流中でコンタミ（汚染）の問題を起こす。
【０００９】
【特許文献１】
ＵＳＰ５，５３８，６４２
【特許文献２】
ＵＳＰ５，６８１，４６７
【特許文献３】
ＵＳＰ５，８５１，２６７
【特許文献４】
特開平１１−２０７１５６
【特許文献５】
ＵＳＰ６，２２４，７６７
【特許文献６】
特開平１１−２６７４６７
【特許文献７】
特公平１２−０１５０６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題はシール面の数を減らし、それによって透過液流のコンタミのリスクを減少させる隣接分離要素の間のシール構造を提供することである。
【００１１】
本発明の別の課題は隣接分離要素の透過液チューブの間の流体の隙間のない接続を与えるための軸方向に圧縮されている透過液チューブに接続されている隣接分離要素間のシール構造を提供することである。
【００１２】
本発明の別の課題は分離要素を分離モジュールに設置する過程でシール構造のねじれや滑りを起こさないシール構造を提供することである。
【００１３】
本発明の別の課題は分離要素を分離モジュールに設置する過程でシール構造の変形の可能性を減少させるシール構造を提供することである。
【００１４】
本発明の別の課題は操作過程での分離モジュール又はシール構造の動きに伴うシール構造の摩滅を防止するためのシール構造位置を固定することである。
【００１５】
本発明の別の課題は透過液チューブ内での流体流れを制限しないシール構造を提供することである。
【００１６】
本発明の別の課題は分離要素の有効長を低下させないシール構造を提供することである。
【００１７】
本発明の別の課題は分離要素を固定する隣接分離要素間の固定方法及びシール構造の軸圧縮量の予測値を提供することである。
【００１８】
本発明の別の課題は分離要素の設置を容易にするための潤滑剤の必要性を排除し、それによって透過液流のコンタミの可能性を排除することである。
【００１９】
本発明の別の課題はシール構造の使用寿命を増加させるシール構造を提供することである。
【００２０】
本発明の少なくとも１の態様の別の課題は要素がお互いに完全に固定されていることを聞くことのできる又は触知可能な指標を与える隣接分離要素間の固定方法を提供することである。
【００２１】
本発明の少なくとも１の態様の別の課題は分離要素設置前の取り扱いの過程でシール面を保護するための凹部シール面を作ることである。
【００２２】
本発明の少なくとも１の態様の別の課題はシール構造の意図しない損失を避けるためのシール構造を収容し保持するための溝を提供することである。
【００２３】
本発明の少なくとも１の態様の別の課題は隣接分離要素間で使用される同じシール構造を含む透過液接続アダプターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の分離要素は透過液を集めるために透過性分離体の第一側部と流体連通している透過液流路を定めている該透過性分離体をもつ。本発明の分離要素はさらに透過液流路と流体連通している透過液チューブをもつ。透過液チューブは第一末端と第二末端の間に延びている。分離要素はさらに第二側部上の保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）流路をもつ。
【００２５】
分離要素はさらに該チューブに接続しそしてシール面と隣接位にある分離要素のシール面との間のシール用部材を軸方向に圧縮できるようになっているシール面をもつ。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、分離モジュール内に設置するために隣接分離要素に係合しているようにした分離要素が提供される。これによって、流体流れが透過液チューブの末端で透過液チューブへの保持液流路に向かうのを防止する。これにより、流体膜分離プロセスにおいて、透過液流のコンタミが少なく、流体漏れのない、又ねじれや変形がなく、寿命の長いシール構造が得られるなどの改良がなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の他の目的と利点は以下の詳細な説明を後述の図と組み合わせて参照することによってより理解されやすくなるであろう。
【００２８】
分離モジュールは一般的に図１の１０で示される。モジュール１０は一般的に１２で示される複数の分離要素を含む。分離要素１２は流体流れ中の１成分を透過しそして流体流れ中の他の成分を透過しない面をもつ公知の分離要素から構成することができる。好適な分離要素１２は分離材料の片側に沿って透過性及び不透過性の成分を含む流体の通過のための好適な流路又は流路群及び分離材料の反対側から透過する成分を集めるための流路又は流路群を与えるものであればどのような形式の効果的な分離材料を使用してもよい。透過液及び保持液のための好適な流路は放射状、螺旋状又は透過性及び不透過性の流体を含む流体を分離要素に軸方向に導入しそして軸方向に排出するか又は透過性流体を集め分離要素から軸方向に排出することができる他の形状をもつことができる。適用できる態様の例は螺旋巻き及び中空繊維形状を含む。
【００２９】
分離要素を通過する流れは好ましくは要素の中心部分（即ち、図７に示されるような軸Ａに沿って）での透過性流体と同軸流れであるように配列するのが好ましい。図１の矢印はおのおのの流体の流れ方向を示す。しかしながら、本発明は流れの片方又は両方が中心から外れた入り口又は出口から要素を軸方向に通過させる分離要素と一緒に使用することができる。種々の形状におけるこの種の好適な分離要素は熟練した当業者に公知である。
【００３０】
図７に示されるように、分離要素１２の最も好ましい配列は複数の膜リーフ１４をもつ螺旋巻き要素１２を含む。保持液流路シート１６はそれぞれの膜リーフ１４を分離する。保持液流路シート１６は、当業界でよく知られているように、隣接のリーフ１４間の分離を与えるためのメッシュシートを含む。保持液流路シート１６は保持液流路を定める。保持液流路のそれぞれは隣接する分離要素１２の保持液流路と流体連通している。
【００３１】
リーフ１４のそれぞれは透過液チューブ１８の周りに巻きつけられる。透過液チューブ１８はそこを通る複数の孔２０を含む。孔２０は保持液を収容しそして保持液を透過液チューブ１８に入れるためのものである。
【００３２】
リーフ１４の上の分離要素の最も外側の放射状部分はカバー又はシュラウドを含む。カバーは分離要素１２の外側及び分離要素１２と圧力受器２４の間を如何なる供給又は保持液物質も通過することを防止する不透過性の層をもつ。そのようなカバーは当業界でよく知られている。カバーはリーフ１４の外側の周りに、ガラス繊維、エポキシ、又は他の不透過性物質の十分な層のような適当なコーティング層を含む。その他の適用可能なカバーは特許文献８に記載されているものを含む。
【００３３】
リーフ１４のそれぞれはリーフ１４の第一側部と流体連通している透過液流路を定める。透過液流路はリーフ１４の内側に配置された透過液流路シート２２によって規定される。透過液流路シート２２は、当業界では良く知られているように、リーフ１４の分離を与えるためにメッシュシートを含む。リーフ１４のそれぞれは通常良く知られている方法で透過液流路シート２２の周りに巻きつけられそして透過液チューブ１８に固定されている。リーフ１４の開口端は孔２０の周りで透過液チューブ１８に固定されている。このように、透過液流路を規定する透過液流路シート２２は孔２０と流体連通しており透過流体を透過液流路に流れさせ、透過液流路と孔２０を通して透過液チューブ１８に流れさせる。この一般的な構造をもつ分離要素の例はフィルムテク社から“ＢＷ３０−４００”として市販されている。
【００３４】
透過液流路は分離透過液を透過液流路を通すために集めそして保持液流路は保持液流路と連通するために分配するか又は集める。透過液流路は流れを透過液チューブ１８に通すための孔２０に連通している。
【００３５】
図１に示されるように、モジュール１０はさらに圧力受器２４を含む。分離要素１２はそれぞれ圧力受器２４に含まれる。より特徴的には、圧力受器２４は内側開口部２５をもつ。分離要素１２は内側開口部２５内に置かれている。圧力受器２４内には１の要素のみであることもできるが、典型的な圧力受器２４内では７又は８個の分離要素１２を直列に接続することができる。圧力受器２４は末端又はベアリングプレート２６で閉じられている。圧力受器２４の両末端は末端プレート２６を含む。図１に示されるように、末端プレート２６は好ましくは円形でそして供給管３０に接続した供給開口部２８を含む。末端プレート２６はまた透過液開口部３２を含む。圧力受器２４の他の末端で末端プレート２６は供給液開口部３０と同様の保持液排出用開口部（図示されていない）を含む。保持液排出用開口部は保持液を圧力受器２４に排出させる。また、末端プレート２６は両方とも透過液出口に取り付けられている。典型的には、２個の透過液出口の二番目は透過液の流れが図１に示されるように圧力受器２４の１末端からのみ出るように栓をされている。
【００３６】
上述のように、ここで開示されたような種類の圧力受器２４は供給液入り口と保持液出口をもつのが普通である。しかしながら、多数の供給口、多数の保持液出口及び多数の透過液出口が使用されても良いことは理解されるであろう。
【００３７】
分離要素１２のそれぞれは各末端上に３４で一般的に示される末端キャップを含む。各末端キャップ３４は一般的に３６で示される内側ハブを含む。内側ハブ３６は内側ハブ末端３８をもつ。内側ハブ末端３８は好ましくは平板面である。内側ハブ３６はまた環状の開口部４０をもつ。環状の開口部４０は透過液チューブ１８を収容するためのものである。環状の開口部４０は円筒状でもよいが、或る態様においては環状の開口部４０の内径は以下に詳細に説明されるように、末端キャップ３４と透過液チューブ１８の接続を容易にするためにテーパーが付けられている。さらに、環状開口部と透過液チューブ１８は、好ましくは円形断面をもつが、他の適当な幾何学的形状であってもよい。
【００３８】
図２−４及び６に最良として示されているように、複数のリブ又はスポーク４２が内側ハブ３６から軸方向の外側に延びている。リブ４２はめり込みを防ぐ構造として作用する。特に、リブ４２はリーフ１４がめり込んだりお互いに相対的に動いたりするのを防ぐためにリーフ１４の末端に係合している。このように、リブ４２はリーフ１４をその間に閉じ込めている。リブ４２はまた供給液又は保持液が一つの分離要素１２を出て隣接する分離要素１２に入る十分な流路を残している。
【００３９】
好ましい１態様においては、図３及び６に示されるように、各リブはその上にフランジ４４を含む。突起部４６はフランジ４４から外側に延びている。突起部４６は図６に示されるように隣接した末端キャップのリブ４２の上を横切る。より特徴的には、各リブはそれらの出口末端面上に流路又は凹部４７をもつ。突起部４６は外側に延びているリブ４２の面上をとおり流路４７に向かう。突起部４６はこのように流路４７中に保持されている。突起部４６のいくつかがそれぞれの流路４７を同時に通過するときそれぞれの末端キャップが以下に説明するような位置に固定されたというフィードバックを与えるために物理的な指標が観察されまた聴くことができる。
【００４０】
末端キャップ３４はさらに一般的に４８として示される外側ハブを含む。外側ハブ４８はその上に外側ハブ面５０をもつ。一般的に５２として示される締め付け構造はさらに末端キャップ３４上に配置されている。締め付け構造５２は末端キャップ３４が隣接している分離要素１２に固定されるようになっており図１に示されている。締め付け構造５２は好ましくは外側ハブ面５０上に配置される。締め付け構造５２は外側ハブ面に配された複数の突起部と受器をもつ。突起部と受器は多くの形状をとってもよい。図２に示されるように、突起部は複数の鋤状部（ｓｐａｄｅ）５４をもつ。各鋤状部５４は内側の比較的薄い部分５６と外側の頭部分５８をもつ。頭部分５８は内側の部分５６よりも厚くなっている。
【００４１】
受器は外側ハブ面５０に開口部６０をもつ。図示のように、開口部６０は中心面部６２をもつ。中心面部６２は鋤状部５４の頭５８が開口部６０に通るだけ十分に大きい。流路は外側ハブ面５０の下で鋤状部５４の頭５８を収容するために形成されている。開口部６０は側部６４を含む。側部６４は中心面部６２より小さな幅をもつ。側部６４は各鋤状部５４の内側部５６がそこを通過するようになっているが、しかし頭部５８は通過させないようになっている。
【００４２】
それゆえに、この種の末端キャップを固定するために隣接している末端キャップは鋤状部物５４の頭５８が隣接している末端キャップ３４の開口部６０の中心面部６２と一列に並ぶように並べられる。末端キャップ３４はそれぞれの外側ハブ面５０が係合するまで一緒に押し付けられる。末端キャップ３４はそれから各鋤状部５４の内側部５６が開口部６０の側部６４のどちらかの末端の底に達するまで時計回り又は反時計回りにお互いに回転する。この位置においては、末端キャップはお互いに軸方向には動くことができない。末端キャップ３４の接続の分解は単純に頭５８が開口部の中心面部６２と一列に並ぶまで末端キャップ３４を反対方向に相対回転させることによって達成される。末端キャップ３４は、この位置では、分離要素の一つを隣接する分離要素１２から分解するためにお互いに軸方向に動くことができる。また隣接している分離要素１２の図２の末端キャップ３４は同じ締め付け構造５２をもつ。このように、同一の締め付け構造をもつ末端キャップ３４は分離要素１２の両末端上に置かれる。
【００４３】
代替の締め付け構造５２は図４に示される。図４に示されるように、突起部は複数のＬ型歯止め６６をもつ。Ｌ型歯止め６６はその後ろに細長い穴６８を備えている。細長い穴６８はＬ型歯止め６６の最も外側の脚を収容する受器をもつ。このように、Ｌ型歯止め６６の外側の脚は隣接する末端キャップ３４をお互いに軸方向に固定するために細長い穴６８の後ろに収容される。
【００４４】
最良として図４に見られるように、末端キャップ３４の一つは外側環状フランジ７０を含む。外側環状フランジ７０は外側ハブ面５０の後ろの末端キャップから軸方向の外側に突き出している。外側環状フランジ７０は分離要素１２の取り扱いの過程で起こるダメージから透過液チューブのシールを保護する。図４に示される末端キャップ３４のもう一方は外側環状凹部７２を含む。外側環状凹部７２は末端キャップ３４の外側環状凹部７２を収容するためのものである。図１に示されるように、末端キャップ３４上のＬ型歯止め６６の１以上の外側の脚は突起部７４を含んでいてもよい。同様に、隣接している末端キャップ３４上のＬ型歯止め６６の反対側の外側脚は突起部７４を収容するための小さな凹部７６を含んでいてもよい。突起部の目的は末端キャップ３４が完全に固定された位置にあるという聞くことのできるそして物理的なフィードバックを与えるために末端キャップ３４が固定されるときの凹部７６に位置させることである。
【００４５】
外側環状フランジ７０をその上にもつ末端キャップ３４の一つ（左側の一つ）の外側ハブ面５０は最も外側のリブ面４２の前の方にわずかに延びている。隣接している末端キャップ３４は最も外側の末端近くのリブのそれぞれの中にノッチ７８を含む。ノッチ７８は隣接している末端キャップ３４の外側ハブ面５０をそこに位置させる。即ち、ノッチ７８は隣接している末端キャップ３４の外側ハブ面５０のための隙間を与える。
【００４６】
この形状の末端キャップ３４を組み立てるためには、分離要素１２は片方の末端に外側環状フランジをもつ開示されたタイプの末端キャップをもち、そしてもう片方の末端には外側環状凹部をもつタイプの末端キャップ３４をもつように組み立てなければならない。隣接している分離要素１２は軸方向に配列されそしてＬ型歯止め６６の外側の脚が細長い穴６８と係合するように一緒に押し込まれる。末端キャップはＬ型歯止め６６が細長い穴６８の底に達するまでお互いに回転する（図４に示されるように時計回り方向に）。或る態様においては、突起部７４は末端キャップが相対的に固定されているという聞くことのできるそして物理的な指標を与えるための凹部７６と係合する。或る態様においては、図３及び６に示されるように、リブ４２のフランジ４４の突起部４６（図３においてのみ示される）は、末端キャップ３４が固定されているという聞くことのできるそして物理的なフィードバックを与えるために、図６に示されるような、隣接している末端キャップのリブ４２によって定義される流路４７と係合する。
【００４７】
隣接している末端キャップ３４の間の接続は最良のものが図１に示されている。固定位置においてそれぞれの末端キャップ３４と共に環状フランジ７０は環状凹部７２を取り囲む。この方法で、環状フランジ７０は末端キャップ間の接続に補助的な支持を与えそして、特に圧力受器２４中の分離要素の設置の過程で２個の隣接する分離要素がお互いに曲がるのを防止する一助となる。
【００４８】
二つの好ましい締め付け構造５２が与えられているが、如何なる適当な構造もそれぞれの末端キャップ３４を締め付けるために使用されてもよい。例えば、伸びたテーパーヘッドをもつ押すタイプのコネクターが隣接する末端キャップの孔に挿入することができる。これに代えて、軸方向に伸びた指が隣接する末端キャップの棚部又は突起部上に軸方向に偏った末端キャップに取り込むことができる。指の棚部又は突起部が対応する隣接する末端キャップの棚を捕捉するときに末端キャップはお互いに締め付けあう。さらに別の代替法は典型的な糸通し方法で要素を固定するための対向する螺旋溝及び隆起が単一か又は複数の組み合わせかによって変わる。締め付け構造は以下で議論されるように隣接する透過液チューブ１８の間のシール構造にかかる最小力の予測値を与えることができることが好ましい。好ましくは、締め付け構造はまたシール力をモジュール１０を通る流体の軸方向流れによって分離要素１２にかかる軸方向の力に応答して増加させる。そのような力は分離要素の保持液流路シート１６内の圧力損失の減少した流れによって自然に上昇する。
【００４９】
図１に示されるように、末端キャップはまたＯリング８２を収容するための外側Ｏリング溝を含む。Ｏリング８２は末端キャップ３４の最外面と圧力受器２４の内面との間のシールを与える。シール８４は供給及び保持流体流れがシール面を通過するのを防止する。Ｏリング８２は末端キャップ３４の外面に示されている。しかしながら、Ｏリング８２が隣接している末端キャップのそれぞれの外側ハブ面の間のシールを与えることは理解されるであろう。もしＯリングシールが外側ハブ面で与えられるなら、供給及び保持流体は外側ハブ面で末端キャップを通過する分離要素の外側から流れることを排除するであろう。そのような場合は、末端キャップと圧力受器の間のＯリングは使用されても使用されなくてもよい。Ｏリングはしかし多くのシール形状の一種であることはまた理解できるであろう。プレシジョンアソシエート社から市販されているマルチシールのようなＶ−カップシール及び６葉シールも代替品となる。
【００５０】
本発明の重要な特徴は隣接している分離要素１２の透過液チューブ１８の間の改良されたシールを与えることである。接続点において供給又は保持流体が透過液チューブ１８に流れるときのコンタミを防止するために、隣接している分離要素１２の透過液チューブ１８の間の信頼できるシールを与えることは望ましいことである。
【００５１】
一般に、シール構造は透過液チューブ１８とシールを接続しているシール面を含む。シール面はシール部材に係合しており第一の分離要素１２のシール面と隣接している該分離要素１２のシール面の間のシール部材を軸方向に圧縮するようになっている。ここで使用されるとき、シール面はチューブそれ自身の集積要素であることによって、或いは透過液チューブ１８に直接隣接しておりそしてそれらに接続できる末端キャップ３４の内側ハブのような第二の部材で透過液チューブに接続できる。接続はまた内側ハブが透過液チューブにスピン溶接又は溶媒溶接されるときのような或る態様で固定されてもよい。接続はまた内側ハブが透過液チューブと内側ハブ開口部の間の界面で第二のシール部材（図示されていない）と係合しているようなときは固定されなくてもよい。シール構造の好ましい１態様としては、図２及び５に示されるように、シール面は第一８４及び第二８６透過液チューブ末端面をもつ。即ち、透過液チューブ１８は第一８４及び第二８６末端面の間に伸びる。第一８４及び第二８６末端面は環状、好ましくは断面が円形である。第一８４及び第二８６末端面のそれぞれは一般的には平面である。
【００５２】
第一８４及び第二８６末端面の少なくとも１は環状溝８８を含む。図２及び図５に示されるように、環状溝は第一末端面８４上にある。環状溝８８はそこでシール部材を収容し保持するためにある。好ましくは、図２の分解図に示されるように、シール部材はＯリング９０を含む。溝８８の幅はＯリング９０の断面よりわずかに小さい。この場合、Ｏリング９０は溝８８にわずかに圧入される。代わりに、Ｏリングの内径は溝８８の内径よりわずかに小さい。この場合、Ｏリングは溝上でわずかに伸びる。このように摩擦によってＯリング９０は溝中にしっかり保持される。また、溝８８の深さはＯリング９０の断面よりわずかに小さい。これはＯリング９０を溝８８から突き出させ隣接している該分離要素１２の第二末端面と係合させる。溝８８は適切な方向でＯリング９０を保持するために好ましいが、本発明の範囲においては、シール部材は、例えば好適な接着剤の使用のような代替の方法を使用して適当な位置で保持されても良いことは理解されるであろう。この場合、溝８８は削除され面８４、８６の両方とも全面が平坦であってもよい。代わりに、溝の側壁から突き出している小さなリブ突起部は効果的な溝深さがＯリング９０の断面より小さい領域を作り出すために採用されてもよい。さらに、Ｏリング９０は好ましいシール部材ではあるが、例えば圧縮シール又は非−円形断面でのシールのような如何なる適切なシール構造を本発明の範囲内で使用しても良いことは理解されるであろう。非−円形断面シールはパーカーハニフィン社のパル４のような４葉シール、プレシジョンアソシエート社から市販されているマルチシール、ゴッシェンラバー社からのテトラシール、パーカーハニフィン社のプレスインプレースシールのような６葉シール、及びＵ−カップ及びＶ−カップのようなその他の公知のシールを包含する。
【００５３】
図５に示されるように、末端キャップ３４は第一透過液チューブ１８の第一末端面８４を第二透過液チューブの第二末端面８６に接触させるようにそれぞれの透過液チューブ１８に固定される。この配置においては、内側ハブ３６と透過液チューブ１８の外面との間の流体漏れのないシールは限定的ではない。このように、内側ハブ３６は、例えば摩擦シール、接着剤の使用、スピン溶接又は溶媒溶接を含む如何なる方法で透過液チューブ１８の外面に固定してもよい。もちろん、内側ハブ３６を透過液チューブ１８に固定する如何なる方法も本発明の範囲内にある。代わりに、この態様においては、末端キャップ３４は直接リーフ１４の末端又はカバーに固定してもよい。
【００５４】
好ましい態様においては、末端キャップ１２は、以下に説明されるように、透過液チューブ又は透過液接続チューブにスピン溶接又は溶媒溶接可能な材料から単一的に形成される。そのような材料はＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）又は例えば、ポリスルフォン、ＰＶＣ又はその類似物のようなその他の熱可塑性樹脂を含む。さらに好適な材料はウレタン又はエポキシのような熱硬化性又は二分割反応モールディング化合物を含む。隣接している分離要素１２の透過液チューブ１８の間の上述のようなタイプのシールを完全にするために、２個の要素１２が得られる。第一の分離要素１２の透過液チューブ１８の第一の末端面は一般にその上に溝８８を持つ表面をもつ。Ｏリング９０はわずかに圧縮されそして溝８８中に置かれる。第一及び第二分離要素１２はそれぞれの末端キャップが締め付け構造を上述のように共同作用させるために一列に並ぶようにお互いに隣接して置かれる。
【００５５】
Ｏリング９０はそれぞれ隣接している透過液チューブ１８の第一８４及び第二８６末端面の間で軸方向に圧縮される。Ｏリング９０は隣接している分離要素１２の間の接合点で供給又は保持液流れ中の流体が透過液チューブ１８に入るのを防止する。末端キャップ３４を透過液チューブ１８上に適切に位置させることによって、予め決定された軸方向力は隣接している透過液チューブ１８間で適切なシールを与えるためにＯリング９０にかけことができる。
【００５６】
好ましい代替の態様としては、図１、３及び４に示されるように、末端キャップ３４上の内側ハブ末端面３８はシール面を与える。上述のように、末端キャップ３４上の内側ハブ末端面３０は一般に平面である。末端キャップ３４の一つの内側ハブ末端面３８の一つは好ましくはＯリング９４を収容するための溝９２を含む。この配置が使用されるときは、流体の漏れないシールが内側ハブ３６と透過液チューブ１８の外側面との間で完全でなければならない。より特徴的には、内側ハブ３６の環状開口部４０は透過液チューブ１８の外側面に接続されそしてシールされていなければならない。この流体の漏れない配置は内側ハブ３８と透過液チューブ１８の外側面との間の供給又は保持流体の流れを防止するために必要である。この流体の漏れない配置を完全にするための好ましい方法は内側ハブ３６を透過液チューブ１８にスピン溶接することである。この接続を容易にするために、内側ハブ３６の環状開口部４０はテーパー状となっている。内側ハブ３６と透過液チューブ１８の間の流体漏れのない結合を与える付加的な方法は本発明の範囲内である。例としては、内側ハブ３６は透過液チューブに溶媒溶接されていてもよい。代わりに、適当な接着剤を使用してもよい。さらに、流体の透過しないシールは内側ハブ３６と透過液チューブ１８の間に適当なシール部材を使用して完全にしてもよい。如何なる好適なシール方法もこのように内側ハブ３６と透過液チューブ１８の間のシールを与えるために使用することができる。
【００５７】
上記のように、溝９２は適切な方向でＯリング９４を保持するために好ましいが、本発明の範囲においては、シール部材は、例えば好適な接着剤の使用のような代替の方法を使用して適当な位置で保持されても良いことは理解されるであろう。この場合、溝９２は削除され内側ハブ末端面３８は両方とも全面で平坦であってもよい。さらに、Ｏリング９４は好ましいシール部材ではあるが、例えば圧縮シールのような如何なる適切なシール部材を本発明の範囲内で使用しても良いことは理解されるであろう。
【００５８】
隣接している分離要素１２の透過液チューブ１８の間の上述のようなタイプのシールを完全にするために、２個の要素１２が得られる。隣接している分離要素の末端面３４の内側ハブ末端面３８は一般に平面をもつ。内側ハブ末端面３８の一つは溝９２をその上に含む。末端キャップ３４は末端キャップ３４と透過液チューブの間で流体漏れのない接続を与えるためにそれぞれの透過液チューブ１８に固定される。好ましくは、末端キャップ３４はそれぞれの透過液チューブ１８にスピン溶接される。Ｏリング９４はわずかに圧縮されそして溝９２中に置かれる。第一及び第二分離要素１２はそれぞれの末端キャップ３４が締め付け構造を上述のように共同作用させるために一列に並ぶようにお互いに隣接して置かれる。末端キャップ３４は、図１に見られるように、第一末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８が末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８と接触させるようにそれぞれの透過液チューブ１８に固定される。
【００５９】
Ｏリング９４は第一末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８と第二の隣接している末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８の間で軸方向に圧縮される。締め付け構造５２は隣接している末端キャップ３４とそれによって隣接している分離要素を固定する。再び、透過液チューブ１８上に末端キャップ３４を適切に配することによって、予め決定された軸方向力は隣接している内側ハブ末端面３８の間に適切なシールを与えるためにＯリング上に置かれる。内側ハブ３６と透過液チューブ１８の間の流体漏れのない接続に沿って隣接している内側ハブ末端面３８をシールするＯリング９４の組み合わせは隣接している分離要素１２の間の接合点で供給又は保持液流れ中の流体が透過液チューブ１８に入るのを防止する。
【００６０】
隣接している分離要素１２の末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８との間のシールをすることによって、或る利点が得られる。第一に、末端キャップ３４は隣接している透過液チューブの末端面８４、８６がお互いに接触しないように透過液チューブ上に配置することができる。第二に、内側ハブ末端面３８はシール部材を設置するための大面積を与える。最終的に、締め付け構造５２に比較してチューブ末端面８６の軸方向の登録の必要性は小さくなる。
【００６１】
ここに記載されたシール手段はモジュールの完全さをさらに改良するためにお互いに組み合わせて使用してもよい。
【００６２】
モジュール１０はまた一般的に９６で示される接続アダプター要素を含む。接続アダプター９６は図１に最良として示されるように圧力受器中の最も外側の分離要素１２の外側末端キャップに接続される。接続アダプター９６は第一の透過液チューブ１８と或る態様における圧力受器２４中の最後の分離要素１２と透過液接続チューブ９８との間の流体漏れのないシールを与えるためのものである。この接続は透過液を排出させ、そして或る態様においては圧力受器２４内部の供給又は保持流体をコンタミなしで圧力受器２４に導入させる。
【００６３】
接続アダプター９６は上述のように如何なる形状をとってもよい末端キャップ３４をもちそして例えば図１−４に示される。末端キャップ３４は前述のような締め付け構造５２を含む。末端キャップ３４は透過液接続チューブ９８に接続されている。接続アダプター９６の透過液接続チューブ９８は上述の透過液チューブ１８がもつような通過する如何なる孔ももたない。透過液接続チューブ９８は上述のような方法で透過液チューブ１８と内側ハブ３６を接続するために末端キャップの内側ハブ３６に接続される。
【００６４】
好ましい一態様においては、図１に示されるように、透過液接続チューブ９８は、スピン溶接のような適切な流体漏れのない方法で末端キャップの内側ハブ３６に接続される。再び、上述のように、内側ハブ３６はスピン溶接を容易にするためにテーパーをつけられている。内側ハブ末端面３８は好ましくは平面である。内側ハブ末端面３８は隣接している末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８上の溝９２に入るＯリング９４と係合する。末端キャップ３４はそれから上述のような方法で固定される。この場合、最後の分離要素１２の末端キャップ３４と接続アダプターの末端キャップ３４との間のＯリングは軸方向の圧縮で保持される。これは最後の分離要素１２の透過液チューブ１８と透過液接続チューブ９８との間の流体漏れのない関係を与える。
【００６５】
透過液接続チューブ９８の末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８は全面で平面であることが示されているが、この内側ハブ末端面はまたその上にＯリングを収容する溝を含んでいてもよいことは理解されるであろう。そのような場合は、分離要素１２の隣接している末端キャップ３４の内側ハブ末端面３８は平面であることが好ましい。さらに、図１に示されているように、シールは隣接している末端キャップ３４のそれぞれの内側ハブ末端面３８の間で完全になっているが、透過液チューブ１８の末端面８４、８６の一つと、透過液接続チューブ９８の末端面１００との間でも完全にできることは理解されるであろう。これは透過液チューブ１８の末端面８４、８６の一つ又は透過液接続チューブ９８の末端面１００上の溝を与えることによって達成される。シールはそれから上述のような方法で隣接している分離要素１２の透過液チューブ１８の末端面８４、８６の間で直接シールすることによって完全になる。
【００６６】
透過液コネクターは一般に１０２で示される。透過液コネクター１０２は末端面２６中の透過液開口部３２に延びている。透過液コネクター１０２は第一のチューブ状部分１０４を含む。第一のチューブ状部分１０４は透過液接続チューブ９８の外径にぴったり合う内径をもつ。第一のチューブ状部分１０４の内面はＯリング１０８を収容するための環状溝１０６を含む。Ｏリング１０８は第一のチューブ状部分１０４と透過液接続チューブ９８の外面の間の流体漏れのないシールを与える。この場合、供給又は保持流体はこの接続で透過液接続チューブ９８に入るのを防止される。
【００６７】
透過液コネクター１０２はさらに第二のチューブ状部分１１０を含む。第二のチューブ状部分１１０は第一のチューブ状部分１０４の不可欠部分であり第一のチューブ状部分１０４に比較して小さい直径をもつ。壁１１２は第一のチューブ状部分１０４と第二のチューブ状部分１１０に結合している。第二のチューブ状部分１１０は末端プレート２６の透過液開口部３２へと延びている。第二のチューブ状部分１１０はさらに曲がりくねった開口部１１４を含む。曲がりくねった開口部１１４は圧力受器２４から透過液を運ぶ曲がりくねったパイプを収容するためのものである。
【００６８】
透過液接続チューブ９８をもつタイプの末端キャップ３４は好ましくはモジュール１０の両末端で使用される。即ち、第一の要素１２上の第一末端キャップ３４はそこから延びる透過液接続チューブ９８を含み、そして最後の要素中の最後の末端キャップ３４は、図１に示されるように、そこから延びる透過液接続チューブ９８を含む。モジュール１０一つのみが使用されるときは、第一末端での透過液接続チューブ、図示されていない、は開口部１１４で曲がりくねったプラグ又はパイプに適合する透過液コネクター１０２に挿入される。第二末端は図１に示される。この配置は供給液及び保持液をリーフ１４を通って図１の矢印の方向に流す。透過液流れは透過液チューブ１８を通って図１の矢印の方向に流れる。供給液及び保持液はさらにモジュール１０を通るので、不純物の濃度は流れ中で濃縮される。このように、比較的濃縮された保持液は供給液開口部２０をもつ末端と反対側の末端でモジュール１０から出る。
【００６９】
或る態様又はプロセスにおいては、保持液の分離をさらに実施することが望ましいかもしれない。そのような場合は、モジュール１０から出る保持液は隣接しているモジュール１０の供給液チューブ３０に向けることができる。その場合は、第一及び第二モジュールの透過液チューブを接続することが望ましい。これを達成するために、第一モジュールの末端プレート２６は共に保持液開口部をもっている。最外端の分離要素１２の各末端は透過液コネクター１０２に接続した透過液接続チューブ９８を含む。第一モジュール１０の透過液コネクター１０２の一つは曲がりくねった開口部に接続された適切なパイプによって次の隣接するモジュール１０の透過液コネクターと接続される。もし２個のモジュール１０が使用されるなら、最末端のコネクター１０２は上述のように栓で塞がれてもよい。この場合は、透過液は接続モジュールの片側末端からのみ流れる。
【００７０】
単一のモジュール１０を設置するためには、圧力受器が用意される。第一の分離要素が得られる。第一分離要素１２の一つの末端キャップ３４は透過液接続チューブ９８をもつ別の末端キャップ３４に接続される。この組み立てはそれから第一の分離要素１２が圧力受器２４に十分支持されるまで圧力受器２４の開口部２５に滑り込む。第二の分離要素はそれから第一の分離要素１２に対して第二の分離要素を回転させることによって第一の分離要素１２に固定される。好ましくは、聞くことのできる、又は物理的なフィードバックが末端キャップ３４がお互いに固定されていることを示すために用意される。この固定はまた隣接している透過液チューブ１８の間のシールを完璧にする。この工程は最後の分離要素が圧力受器２４の開口部２５に置かれるまで繰り返される。それから、別の透過液接続チューブ９８をもつ末端キャップは最後の分離要素１２の末端キャップ３４に固定される。透過部３２に配された透過液コネクター１０２をもつ末端プレート２６はそれから公知の方法で圧力受器２４に取り付けられる。透過液コネクター１０２の第一チューブ状部分１０４は透過液接続チューブ９８の外面の周りに配置されそしてＯリング１０８はこれらの成分間のシールを与える。受器の第一末端で、開口部１１４は曲がりくねったプラグに適合しそして保持液チューブは保持液開口部２８に接続している。受器の第二末端で、パイプ１１６は開口部１１４につながりそして供給チューブ３０は供給開口部２８に結合されている。
【００７１】
隣接している分離要素１２間の接続とその要素接続アダプター９６においては、より信頼できるシールが透過液チューブの接続で与えられる。接続を行うのに必要なシールの数はまた減少する。さらに、締め付け構造５２によるシールの軸方向圧縮はより信頼できるシール状態を与える。最終的に、シールの軸方向圧縮は保持液流路シート１６における流れの減少した圧力損失から現れる自然に起こる力によって促進される。
【００７２】
開示した態様は本発明の現実の好ましい形態の代表例であるが、それらに限定する意図でなされたものではない。明らかに、本発明のいくつかの修飾及び変更は上記の教示の見地から見て可能である。それゆえ、本特許請求の範囲の範囲内で本発明を特定的な記載以外の方法で実施してもよいことを理解すべきである。
【００７３】
【特許文献８】
ＵＳＰ６，０６６，２５４
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の分離要素及び分離膜末端キャップは種々の流体成分を分離するための商業的な膜分離プロセスにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の好ましい１態様の部分的に切断した分離モジュールの断面図である。
【図２】本発明に従った好ましい１末端キャップの分解図でありそして透過液チューブを示す。
【図３】末端キャップの他の好ましい態様を示す透視図である。
【図４】他の好ましい末端キャップの組み合わせを示す部分的に切断した透視図である。
【図５】シール構造の好ましい１配列を示す部分的に切断した断面図である。
【図６】末端キャップの組み合わせの好ましい１態様の末端図である。
【図７】好ましい１分離要素の部分分解透視図である。

Claims

透過液を集めるために透過性分離体の第一側部と流体連通している透過液流路を定めている該透過性分離体；第一末端と第二末端との間の軸に沿って延びていると共に該透過液流路と流体連通している透過液チューブ；該透過性分離体の第二側部上の保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）流路；該透過液チューブに接続しそしてシール面と隣接位にある分離要素のシール面との間のシール用部材を軸方向に圧縮できるようになっている該シール面をもつことを特徴とする分離要素。
該シール面が該透過液チューブの末端面をもつ請求項１記載の分離要素。
該末端面がシール用部材を収容しそして保持できるようになっている環状溝をもつ請求項２記載の分離要素。
該環状溝中に配置するためのＯ−リングシールをもつ請求項３記載の分離要素。
該シール面が該環状シール面と該透過液チューブ間の流体流れを防止するようにその外周に固定されており且つ透過液チューブの末端に隣接している環状シール面をもつ請求項１記載の分離要素。
該環状シール面がシール用部材を収容し保持するための環状溝を含む請求項５記載の分離要素。
該環状溝中に配置するためのＯ−リングシールをもつ請求項６記載の分離要素。
さらに該透過液チューブの第一及び第二末端にそれぞれ配置されそしてそれらの間に該透過性分離体をもつ第一末端キャップと第二末端キャップをもち、該末端キャップが隣接位にある分離要素の対応する末端キャップと着脱可能に係合できるようになっている締め付け構造を含む請求項１記載の分離要素。
該第一末端キャップと第二末端キャップのそれぞれがそれぞれ内側ハブ末端面をもつ内側ハブ、及び外側ハブ面をもつ外側ハブを定めており、該締め付け構造が該外側ハブ末端面に配置されている請求項８記載の分離要素。
該末端キャップが該内側ハブと該外側ハブの間に延びている複数のリブを含む請求項９記載の分離要素。
該締め付け構造が該外側ハブに配された複数の突起部と受器部をもち、該分離要素を隣接位にある分離要素と接続しそしてそれらの間にシール用部材を軸方向に圧縮するために該外側ハブの突起部が隣接位にある分離要素の外側ハブの対応する受器部と着脱可能に係合できるようになっている請求項１０記載の分離要素。
少なくとも１つの該締め付け構造及び該締め付け構造と該リブの一つ上の凹部に係合するための該リブ上に突起部を含み、そして該締め付け構造が固定していることを示すフィードバックを与えるようになっている請求項１１記載の分離要素。
該内側ハブと該透過液チューブ間の流体流れを防止するために該内側ハブが該透過液チューブにスピン溶接されている請求項６記載の分離要素。
該透過液分離体が螺旋状に巻いた膜からなる請求項１記載の分離要素。
内側ハブ末端面を規定する内側ハブ；外側ハブ面を規定する外側ハブ；該内側ハブと該外側ハブとの間に延びている複数のリブ；シール部材を収容しそして保持するようにした該内側ハブ面上の溝からなる分離要素のための末端キャップ。
該溝に配置するためのＯリングシール部材をもつ請求項１５記載の末端キャップ。
該外側ハブ面に配された該締め付け構造をもち、該締め付け構造が該外側ハブに配された複数の突起部と受器部をもち、該分離要素を隣接位にある分離要素と接続しそしてそれらの間にシール用部材を軸方向に圧縮するために該外側ハブの突起部が隣接位にある分離要素の外側ハブの対応する受器部と着脱可能に係合できるようになっている請求項１５記載の末端キャップ。
該内側ハブに流体の隙間がないように延びている透過液相互接続チューブをさらに含む請求項１５記載の末端キャップ。
該締め付け構造又は対応するノッチを係合するようになっている該リブの一つの上に突起部を含み該締め付け構造が固定したことを示すフィードバックを与えるようになっている請求項１７記載の末端キャップ。
第一末端と第二末端との間の軸に沿って延びている透過液チューブ；該透過液チューブに接続しそして該透過液チューブの周りに螺旋状に巻いた少なくとも１のリーフ；該透過液チューブの該第一及び第二末端のそれぞれの上に配置されそしてその間に配置されたリーフをもつ第一及び第二の末端キャップ、ここで該第一及び第二の末端キャップは内側ハブと外側ハブをもち、該内側ハブと外側ハブは複数のリブで相互に連結されている；隣接する分離要素の末端キャップを固定するために該末端キャップ上に配置されている締め付け構造からなる螺旋巻き分離要素であって、第一末端キャップが突起を含みそして第二末端キャップが凹部を含み、該突起部及び凹部が隣接する末端キャップ上の対応する構造と係合するようになっていて締め付け位置にあるとき該締め付け構造が固定されていることを示すフィードバックを与えるようになっていることを特徴とする螺旋巻き分離要素。
該突起部及び該凹部がそれぞれ第一末端のハブ及び第二末端のハブ上にある請求項２０記載の螺旋巻き分離要素。
さらに隣接分離要素の透過液チューブの１末端と隣接分離要素の内側ハブの間に軸方向に圧縮可能なシール部材を含む請求項２０記載の螺旋巻き分離要素。
該第一透過液チューブ末端と該末端キャップの該内側ハブのうち１がシール部材を収容するための溝を含む請求項２０記載の螺旋巻き分離要素。