JP2012511426A - 強化フォールドを有するメンブレンリーフパケット - Google Patents

Abstract

本発明は、メンブレンリーフパケット、螺旋巻きモジュール並びにその製造及び使用方法に指向している。主題リーフパケットは、それ自体の上に折り重ねられ、メンブレンシートの裏側上でフォールドの少なくとも一部に沿って、シーラント及びテープによって強化されたメンブレンシートを含む。

Description

本発明はメンブレンリーフパケット（membrane leaf packet）、螺旋巻きモジュール（spiral wound module）並びにこれらの製造方法及び使用方法に関する。

メンブレンリーフパケットは、多くの種類の螺旋巻きモジュールのコンポーネントである。このようなリーフパケットは、任意的に、パケットの対面するメンブレンリーフの間に配置された供給物スペーサー（feed spacer）を含むことができる。折り重ねられたメンブレンシートを含む。螺旋巻きモジュールは、典型的には、透過物収集チューブ（permeate collection tube）の周りに、１個又はそれ以上のメンブレンリーフパケット及び透過物スペーサー（単数又は複数）を巻き付けることによって製造される。メンブレンリーフパケットの構成の間のメンブレンシートを折り重ねる工程は、しばしば、漏洩及び／又は汚染に至り得る、亀裂又は他の欠陥を生じることになる。これらの有害な影響を軽減するための種々の技術が提案されてきた。

特許文献１は、フォールド（fold）に沿ったメンブレンシートの表側（front side）又は裏側（back side）に沿って配置されたテープの限られた有効性を強調している。このようなテープは、モジュラー使用又はクリーニングの間に離層する傾向があるとして記載されている。この文献には、更に、フォールド領域内のメンブレンシートの裏側に適用された、シーラント（例えばウレタン）又は軟質メルトプラスチックリボンの好ましい使用が記載されている。このようなシーラントは、メンブレンシートの裏側の隙間又は空隙に浸透し、シールする。

先行技術の公知の変形は、メンブレンシートの裏側の上のシーラントを、プラスチック片（例えばマイラー（Mylar））で覆う（cover）ことである。このプラスチック片は硬化されるまでシーラントを保護する。

特許文献２及び特許文献３は、ともに、フォールド領域に沿ってメンブレンシートの表側にシーラント（例えばウレタン）を適用することを開示している。

特許文献４は、テープの欠点（離層）及びシーラントの欠点（遅い硬化時間）を強調し、メンブレンシートの表側への熱及び圧力の適用と共に、メンブレンシートの裏側への強化片の適用によって、フォールド領域に於いて層を「高密度化（densify）」及び溶融することを含む、フォールド強化の代替手段を記載している。

特許文献５は「溶融」技術の欠点、即ちメンブレンシートの層を溶融するために必要な時間の長さを強調し、フォールド領域に適用されるＵＶ硬化性シーラントの使用を提案している。

特許文献６は、折り重ね操作の前の、フォールド領域を軟化させるための熱エネルギー又は膨潤溶媒の使用を記載している。

フォールド領域のバルク（bulk）は、（リーフパケットのリーフ部分と比較したときの）その相対厚さのために、透過物チューブの周りに効果的に配置することができるメンブレンリーフパケットの数を限定している。更に、リーフパケットのフォールドは、螺旋巻きモジュールを製造する手段を限定し得る。例えばメンブレンシートの裏側上の露出された未硬化のシーラントの使用は自動巻付プロセスの使用を限定し得る。即ち、フォールドに適用されると、未硬化のシーラントは、螺旋巻きモジュールの組立の間に、容易に除去されるか又は「汚染される（smeared）」であろう。メンブレンシートの表側上のシーラントの使用は、この問題を回避することができるが、表側に適用されたシーラントは、しばしば、シーラントが硬化されたときメンブレンシートの引裂を生じる。都合の悪いことに、テープはメンブレンシートの表側から離層する傾向がある。

メンブレンリーフのフォールド領域を強化するための公知の技術にも拘わらず、それぞれのアプローチは欠点を有する。自動リーフ及び／又はモジュール製造プロセスに適合できる改良されたアプローチが要望されている。更に、より多数のメンブレンリーフを、透過物チューブの周りに効果的に配置することを可能にする改良されたフォールド強化アプローチが要望されている。

米国特許第４，８４２，７３６号明細書 米国特許第７，３０３，６７５号明細書 米国特許公開第２００７／００６８８６４号明細書 米国特許第５，１４７，５４１号明細書 米国特許第７，３３５，３０１号明細書 米国特許第５，６８１，４６７号明細書

本発明は、メンブレンリーフパケット、螺旋巻きモジュール並びにその製造及び使用方法に関する。この主題リーフパケットは、それ自体の上に折り重ねられ、メンブレンシートの裏側上でフォールドの少なくとも一部に沿って、シーラント及びテープによって強化されたメンブレンシートを含む。

図１は螺旋巻きモジュールの透視部分切断図である。 図２はメンブレンリーフパケットの透視部分切断図である。

メンブレンリーフパケットは螺旋巻きモジュールの構成に於いて有用性を有する。本発明をより良く理解するために、螺旋巻きモジュールの簡潔な概観を以下に示す。

螺旋巻きモジュール（spiral wound module）（「要素」とも呼ばれる）は、気相分離及び液相分離の両方を含む種々の流体分離に於いて使用するのによく知られている。それらの螺旋形状のために、比較的大きいメンブレン表面領域を、個々のモジュールの中に詰め込むことができる。使用される特定のメンブレンに依存して、螺旋巻きモジュールは、逆浸透（ＲＯ）、ナノ濾過（ＮＦ）、限外濾過（ＵＦ）及びミクロ濾過（ＭＦ）を含む広範囲の種々の用途に使用することができる。一般的な液体分離の例には、液状食料品の処理、例えば濃縮並びに／又は食品、乳製品及び甘味食料中の脱塩；水の脱塩、二価イオン種、例えばカルシウム及びバリウムイオンの除去並びにより大きい構成物、例えば嚢子、ウイルス及び殺虫剤の除去が含まれる。典型的なモジュールには、透過物収集チューブ（permeate collection tube）少なくとも１枚であるが好ましくは多数のメンブレンエンベロープ及び外側ハウジングが含まれる。モジュールは種々のサイズで入手可能であるが、１種又はそれ以上の一般的な工業的ＲＯモジュールは、標準８インチ（２０．３ｃｍ）直径及び４０インチ（１０１．６ｃｍ）長さ（８×４０）で入手可能である。典型的な８インチ直径モジュールについて、２６〜３０個の個々のメンブレンエンベロープが、透過物収集チューブ（即ち約１．５〜１．９インチ（３．８ｃｍ〜４．８ｃｍ）の外径を有する透過物収集チューブに対して）の周りに巻かれている。操作に際しては、４〜８個のモジュールが、典型的には、普通の圧力容器内で直列に連結されている。容器内の個々のモジュールは、典型的には、同じ型のものであるが、Mickols等の米国特許公開第２００７／０２７２６２８号明細書に記載されているように、異なった型のモジュールを使用することができる。モジュールの外側ハウジングは、Huschke等に付与された米国特許第６，２９９，７７２号明細書及び米国特許第６，０６６，２５４号明細書に記載されているように、圧力容器内のシールを与えるように、一体流体シールを含んでいてよい。幾つかの型のモジュールは、Marsh等の米国特許第７，１５６，９９７号明細書に記載されているように、長期貯蔵の間の性能を維持するために特別の包装を必要とするであろう。モジュールを試験する方法は、Jons等の米国特許公開第２００８／０１０５０３８号明細書及びMickols等の米国特許公開第２００８／０２０２２４２号明細書に記載されている。市販されている螺旋巻きモジュールの特定の例には、FilmTec Corporationから入手可能な、ＢＷ３０−４４０ｉ塩水モジュール、ＳＷ３０−ＸＬＥ−４００ｉ海水脱塩モジュール及びＮＦ−４００ナノ濾過モジュールが含まれる。

本発明において使用するのに適している螺旋巻きモジュールは、一般的に、図１の（２）で示される。モジュール（２）は、１枚又はそれ以上のメンブレンエンベロープ（４）及び任意的な供給物チャンネルスペーサーシート（単数又は複数）（「供給物スペーサー」）（６）を、透過物収集チューブ（８）の周りに巻き付けることによって形成される。それぞれのメンブレンエンベロープ（４）は、好ましくは透過物チャンネルスペーサーシート（「透過物スペーサー」）（１２）を取り囲む２枚の実質的に長方形のメンブレンシート（１０）を含む。このサンドイッチ型構造は、例えば第四の縁（２２）が透過物収集チューブ（８）に隣接しながら、３個の縁（１６、１８、２０）に沿って、シーラント（１４）によって一緒に固定されて、透過物スペーサー（１２）が、透過物収集チューブ（８）を貫通する開孔（２４）と、流体接触状態になるようになっている。

メンブレンリーフパケットは、メンブレンエンベロープ（４）のそれぞれの側の上に配置されている。それぞれのリーフパケットは、２枚のメンブレン「リーフ」を規定するように、それ自体の上に折り重ねられた実質的に長方形のメンブレンシート（１０）を含んでなるように示されており、ここで、それぞれのリーフの表側（３４）は互いに対面しており、フォールドは、メンブレンエンベロープ（４）の第四の縁（２２）と軸方向に一線上に揃えられている、即ち、透過物収集チューブ（８）と平行である。供給物スペーサー（６）は、折り重ねられたメンブレンシート（１０）の対面する表側（front sides）（３４）の間に位置するように示されており、その半径方向端部に沿って開いて、供給流体が、モジュールを通過して軸方向に（即ち透過物収集チューブ（８）と平行に）流れることを可能にしている。この態様において、メンブレンエンベロープ（４）は、２枚の隣接して配置されたメンブレンリーフの裏側（back sides）を接合することによって形成されている。図示してはいないが、追加の中間層を、このアセンブリ内に含めることもできる。

図１に示す矢印は、操作の間の供給物及び透過物の近似流れ方向（２６、２８）を表す。供給物の流れ（２６）は、メンブレンの表側（３４）を越えて、入口端（３０）から出口端（３２）の方へ流れる。透過物の流れ（２８）は、供給物の流れ（２６）に対してほぼ垂直の方向内で、透過物スペーサー（１２）に沿って流れる。実際の流路は、構成及び操作条件によって変化する。

モジュール製作の間に、透過物スペーサー（１２）が、透過物収集チューブ（８）の周囲の周りに取り付けられ、メンブレンリーフがそれらの間に差し込まれる。隣接して配置されているメンブレンリーフの裏側は、それらの周辺（１６、１８、２０）の周りでシールされて、透過物スペーサー（１２）を取り囲んでいる、即ち、メンブレンエンベロープ（４）を形成している。メンブレンエンベロープ（単数又は複数）（４）及び供給物スペーサー（単数又は複数）（６）は、透過物収集チューブの周りに巻き付けられ又は「ロール状にされ」、次いで、例えばテープ（例えば自己接着メッシュテープ）又は他の手段により、外側ハウジングが部分的に構成されたモジュール（２）の周りに固定されるまで、所定の場所に保持される。メンブレンエンベロープの縁をシールするために使用されるシーラントは、好ましくは巻付プロセスの間の種々のシート材料の相対的移動を許容する。即ち、硬化速度又はシーラントが粘着性になる前の時間は、好ましくは、透過物収集チューブの周りにメンブレンエンベロープ及びメンブレンリーフを組み立て、巻き付けるために必要なものよりも長い。

螺旋巻きモジュールの種々のコンポーネントを構成する材料は当該技術分野で公知である。メンブレンエンベロープをシールするための適切なシーラントは、ウレタン、エポキシ、シリコーン、アクリレート、ホットメルト接着剤及びＵＶ硬化性接着剤を含む。あまり一般的ではないが、他のシーリング手段、例えば熱の適用、超音波溶接及びテープを使用することもできる。透過物収集チューブは、典型的には、プラスチック材料、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリ（フェニレンオキシド）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等から製造される。トリコット（Tricot）ポリエステル材料が透過物スペーサーとして通常使用される。代表的な供給物スペーサーはJohnsonに付与されて米国特許第６，８８１，３３６号明細書に記載されている。供給物スペーサーの代表例はポリエチレン、ポリエステル及びポリプロピレンメッシュ材料、例えばConwed Plasticsから商品名ＶＥＸＡＲ（登録商標）で市販されているものを含む。ハウジングは、ステンレススチール、テープ及びＰＶＣ材料を含む種々の材料から構成できる。しかしながら、最も一般的なモジュールハウジング材料は繊維強化プラスチックス、例えば熱可塑性又は熱硬化性樹脂で被覆された長ガラス繊維から製造される。モジュール製作の間に、長ガラス繊維が部分的に構成されたモジュールの周りに巻き付けられ、樹脂（例えば液状エポキシ）が適用され、硬化される。モジュールの端部には、しばしば、メンブレンエンベロープが、モジュールの入口端と出口端との間の圧力差の下で移動するのを防止するために、竹の子状化防止（anti-telescoping）デバイス又は末端キャップ（図示せず）が嵌め込まれている。末端キャップには、一般的に、モジュールと外部圧力容器（図示せず）との間の液密接続を形成するように、エラストマー性シール（図示せず）が嵌め込まれている。末端キャップ設計の例は、Film Tec CorporationのｉＬＥＣ（登録商標）インターロッキング末端キャップを含めて、Hallan等に付与された米国特許第６，６３２，３５６号明細書に記載されている。螺旋巻きモジュールの種々のコンポーネント及び構成に関する追加の詳細は文献に示されている。例えばSolieに付与された米国特許第５，５３８，６４２号明細書には、透過物スペーサーを透過物収集チューブに取り付けるための技術が記載されており、Jons等の国際特許出願公開第ＷＯ２００７／０６７７５１号明細書には、挿入点シールを形成するトリミング操作及びＵＶ接着剤の使用が記載されており、そしてReddy等に付与された米国特許第５，０９６，５８４号明細書には、気体分離のために特に適合された、種々の態様、コンポーネント及び構成技術が記載されている。

本発明の目的のために、メンブレンシートの型は特に限定されない。メンブレンシートの選択は特定の応用、供給物源、溶質及び汚染物質（foulant）に依存する。初期のＲＯ及びＮＦフラットシートメンブレンは、酢酸セルロース材料から製造されたが、コンポジットメンブレンと一緒の非対称ポリスルホン及びポリエーテルスルホンメンブレンが、近年、一層一般的になってきた。一つの好ましいコンポジットメンブレンシートは、不織ポリエステル材料ウエブ（例えばＰＥＴスクリム）の底層（裏側）、微孔質ポリマー、例えば約２５〜１２５ミクロンの厚さを有するポリスルホンの中間層及び約１ミクロンよりも薄い、更に一般的に約０．０１０〜０．１ミクロンの厚さを有する薄膜ポリアミド層を含んでなる上層（表側）を含む、FilmTec CorporationのＦＴ−３０（登録商標）メンブレンである。このポリアミド層は、好ましくはCadotte等に付与された米国特許第４，２７７，３４４号明細書及び米国特許第５，６５８，４６０号明細書並びにMickolsに付与された米国特許第６，８７８，２７８号明細書に記載されているような、微孔質ポリスルホンの表面での、多官能性アミンモノマーと多官能性アシルハライドモノマーとの間の界面重縮合反応によって作られる。このようなポリアミドメンブレンの改質方法は、Jons等に付与された米国特許第５，８７６，６０２号明細書、Mickolsに付与された米国特許第５，７５５，９６４号明細書、米国特許第６，２８０，８５３号明細書及び国際特許出願公開第ＷＯ２００７／１３３３６２号明細書、Cadotte等に付与された米国特許第４，８８８，１１６号明細書、米国特許第４，７６５，８９７号明細書及び米国特許第４，９６４，９９８号明細書並びにNiu等の米国特許公開第２００７／０２５１８８３号明細書及び米国特許公開第２００８／０１８５３３２号明細書に記載されている。

代表的なメンブレンリーフパケットは、図２に（４６）で一般的に示す。リーフパケット（４６）はそれ自体の上に折り重ねられたメンブレンシート（４８）（フォールド（５０））を含む。メンブレンシート（４８）は表側（５２）及び裏側（５４）を含む。メンブレンシート（４８）は、メンブレンシート（４８）の表側（５２）が互いに対面するように、それ自体の上に折り重ねられている。好ましい態様に於いて、表側（５２）は供給物流体と接触している主分離表面を含み、一方、裏側（５４）は、メンブレンシート（４８）のための全体を支持し、供給物流体とは反対の方向に面している。メンブレンシート（４８）は種々の形状を有することができるが、このシートは、好ましくは長方形のフラットシートを含む。フォールド（５０）はメンブレンシート（４８）の幅に沿った縦軸を規定する。「フォールド領域」は、フォールド（５０）並びに折り重ね及び続く組み立ての作用によって、構造的に妥協され得る直接的に隣接する領域を指す。特定のメンブレンシート及び折り重ね技術に依存性であるが、フォールド領域は、典型的には、フォールド（５０）の縦軸から（垂直方向に）数ミリメートル伸びている。フォールド（５０）から垂直方向に伸びているメンブレンシート（４８）の部分は、本明細書に於いて、メンブレンリーフ（５６／５８）として参照され、好ましくはフォールド（５０）の軸長さ（即ちメンブレンシートの幅）よりも短くてよく、この軸長さに等しくてよく又はこの軸長さよりも長くてよい、ほぼ等しい長さのものである。好ましい態様に於いて、供給物スペーサー（６０）は、メンブレンシート（４８）の表側（５２）に沿った供給物流体の流れを容易にするために、メンブレンリーフパケットの中に配置されており、即ちメンブレンリーフ（５６／５８）の間に「サンドイッチ」されている。供給物スペーサー（６０）の使用は任意的である。メンブレンシートの表側に沿って伸びている畝、チャンネル又は隆起表面を含む、代替の供給物チャンネリング構造物を使用することもできる。テープ（６２）がメンブレンシート（４８）の裏側（５４）上でフォールド（５０）に沿って設けられており、好ましくはフォールド領域を越えて（即ちフォールド（５０）の軸に対して垂直の方向に）伸びている。図示されていないが、シーラントが、好ましくはフォールド（５０）に沿ってメンブレンシート（４８）の裏側上に適用されており、これはテープ（６２）によって覆われている。テープ（６２）は、フォールド（５０）の初期強化を与え、リーフ又はモジュール製作の間シーラントを覆う機能を果たす。シーラントは、硬化すると、フォールド領域を強化し、フォールド領域におけるメンブレンシート（４８）の亀裂、膨れ又は他の欠陥に対する保護を与える。

シーラント（時には、文献中に「グルー」又は「接着剤」としても参照される）は、好ましくは流動可能な粘着性液体の形で設けられるが、他の形態、例えばペースト、溶融性片等で設けることができる。粘稠性液体として設けられるとき、その粘度は、接着剤を容易に適用できるように充分に高くなければならず、即ちフォールド形成、圧縮又はモジュール巻き付け若しくは「ローリング」操作の間に、適用の場所から「走って（run）」はならず、フォールド領域を越えて過度に突き出てはならない。更に、この粘度は、硬化の前に、メンブレンシートの中への少なくとも部分的浸透を可能にするように充分に低くなければならない。一般的に、シーラントの粘度は、約５０，０００ｃＰよりも小さく、好ましさの増加する順序で、２５，０００ｃＰ、１０，０００ｃＰ、５，０００ｃＰ、２，５００ｃＰよりも小さく、幾つかの態様に於いて、１，５００ｃＰよりも小さくなければならない。シーラント粘度の適切な範囲は、典型的には、約１００〜約５０，０００ｃＰ、好ましくは５００〜約１０，０００ｃＰ、更に好ましくは約７００〜５，０００ｃＰである。モジュールローリングの間のメンブレンシートの間の有利な移動（即ち「滑り（slippage）」）を与えるために、シーラントは、好ましくはモジュールローリング操作を完結するために必要なものよりも長い硬化時間を有する。この時間はモジュール製作技術の関数として著しく変化することができる。例えば自動ローリングプロセスは数分以内に完結されるであろうし、一方、慣習的手作業ローリングは、特定のモジュール構成に依存して１時間を超える時間を要するであろう。硬化した後は、シーラントは可撓性でなくてはならない。堅すぎる構造物を形成するシーラントは、操作の間のメンブレンシートの引裂を生じることになる。シーラントをフォールド領域に適用するための技術は、特に限定されず、典型的には、シーラントの選択及びメンブレンローリングプロセスの詳細に依存するであろう。適用技術には、刷毛塗り、スプレー、ロールコーティング、スロットダイコーティング等が含まれる。他の好ましい技術には、ノズルアプリケーターを経る押出が含まれる。シーラントは、フォールドが形成される前、間又は後に、メンブレンシートの裏側に直接適用することができる。その代わりに、シーラントは、メンブレンシートにテープを適用する前に、テープ（接着剤側）に適用することができる。例えば、シーラントを、ポイントノズルを経て押し出して、テープの中心軸に沿って（例えば幅が約６ｍｍの）ビードを形成し、これを、続いて、フォールドの形成の前、間又は後に、メンブレンシートの裏側に接着する。シーラント及びテープは、好ましくはフォールドの全体長さに沿って伸びている。このようなプロセスは、自動化することができる。

シーラントの選択は、特に限定されず、典型的には、特定のモジュール構造及び製作プロセスに基づく。例には、ホットメルト接着剤、ウレタン、エポキシ及びシリコーンが含まれるが、ウレタンが殆どの態様に於いて好ましい。モジュールの意図される最終用途が適切なシーラントの選択を制限するであろう。例えば、多くの用途は政府認可シーラント（例えばＦＤＡ認可）を必要とする。

テープをメンブレンシートに適用する工程の間、シーラントは、典型的には、フォールドから垂直方向内で展開されて、典型的には約８〜５０ｍｍ（即ちフォールドの縦軸から反対垂直方向に約４〜２５ｍｍ）、更に好ましくは約１８〜２４ｍｍの範囲内の幅を有する「展開領域（spreading area）」を規定する。展開されると、シーラントの適用された湿潤被覆平均厚さは、好ましくは約０．２５ｍｍよりも小さい、更に好ましくは約０．１０ｍｍよりも小さい。適用された湿潤被覆平均厚さは、「展開領域」当たりのシーラントの全量を決定することによって、計算することができる。その代わりに、このような厚さは鏡検法又は他の公知の分析技術によって実験的に決定することができる。展開領域に亘る適用されたシーラントの実際の厚さは変化し得るが、その厚さは、好ましくは展開領域に亘って比較的均一である。

メンブレンリーフのフォールドを強化するために使用されるテープは、好ましくは感圧接着剤（例えばアクリル樹脂、合成ゴム樹脂等）を含む表側及び裏側を含む、材料（例えばポリエステル、ポリプロピレン等）の可撓性ストリップ又はバンドである。このテープは、好ましくはフォールド領域よりも広い。このテープは、また、好ましくはシーラントの展開領域よりも広くて、テープの表側上の感圧接着剤が、メンブレンリーフの裏側と（即ちシーラントの展開領域の周辺縁を越えた領域内で）直接接触できるようになっている。フォールド領域、テープ及びシーラントの展開領域の幅は、全て、特定の製造プロセス、構成の材料及び用途に非常に依存する。幾つかの用途に於いて、約４８ｍｍのテープ幅が約４ｍｍのフォールド領域及び約３０ｍｍよりも小さいシーラントの「展開領域」を有するメンブレンリーフのために適切であると見出された。好ましい態様に於いて、テープの裏側表面は、（２個のテープの同一サンプルの裏側表面を使用して、ＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６によって測定したときの）摩擦係数が約０．４２よりも小さい、好ましくは約０．４よりも小さい、更に好ましくは約０．３５よりも小さい、なお更に好ましくは約０．３よりも小さい。フォールド領域の嵩（bulk）を減少させるために、テープは、好ましくは比較的薄く、即ち、その厚さは約１ｍｍよりも小さい、更に好ましくは約０．１ｍｍよりも小さい、なお更に好ましくは約０．０５ｍｍよりも小さい。自動リーフ製造プロセスを容易に実施するために、テープは、好ましくは均一な引裂強度を有する。適切なテープの例は、3M Corporationから市販されているＴａｒｔａｎ（登録商標）３６９一般目的ボックスシーリングテープである。幾つかの応用のために、テープは、また、特定の使用のために証明又は政府認可される必要があろう。

メンブレンリーフパケットは、マニュアルによって組み立てることができるが、アセンブリプロセスは、好ましくは自動化されている。例えばメンブレンシートは、例えば加熱したマンドレルの使用によって折り重ねることができる。シーラントは、好ましくはテープのセクションの表側（接着剤側）に適用され、そのテープは、次いで、フォールドの全長に沿ってメンブレンシートの裏側表面に沿って適用される。折り重ね及びテープ貼り工程は、メンブレンシートがロールの一部のままである間又はメンブレンシートを適切なサイズのパネルに切断した後に、実施することができる。シーラントの適用は、好ましくはシーラント被覆量を厳密に制御できる自動被覆プロセスの手段による。テープ及びメンブレンシートは、長いロールで提供することができる。形成されると、供給物スペーサーを、メンブレンリーフパケットのリーフ群の間に配置することができる。供給液スペーサーは、自動化プロセス（ここで、供給物スペーサーはリーフパケットアセンブリの間の長さに切断される）の一部として連続ロールから提供されることができる。リーフパケットは、透過物収集チューブに前もって取り付けられている透過物スペーサーのシートの間に挿入することができる。隙間（ギャップ）及び可能性のある漏洩を防止するために、挿入されたリーフパケットのフォールドは、できるだけ透過物収集チューブに近くなるように配置する。

モジュール当たりに含まれるメンブレンリーフパケットの数は「リーフ密度（leaf density）」の用語によって記載することができる。この記載の目的のために、用語「リーフ密度」は、透過物収集チューブの周りの周囲の単位長さ（インチ）当たりのメンブレンリーフパケットの数を意味する。自動製造技術によって、比較的高いリーフ密度を有するモジュールの製造が可能になる。しかしながら、（他の要因の中で）それぞれのリーフパケットのフォールド領域の嵩及び関連する特性は、特に統合モジュール製造プロセスの一部として、未硬化のシーラントと共に、その場で（in situ）、メンブレンリーフパケットを製作するものを含む、高度に自動化されたモジュール製造プロセスの関連で、リーフ密度に制限を課す。例えば裏側強化（即ちシーラント及びプラスチック片）を有するメンブレンリーフパケットを含むモジュールについて、透過物チューブ周囲の１インチ当たり約６個のメンブレンリーフパケット（２．３６個パケット／ｃｍ）よりも大きいリーフ密度を一貫して達成することは、しばしば困難である。より高いリーフ密度で、（フォールドに沿った）メンブレンシートの裏側表面と隣接して配置されたスペーサーとの間の摩擦力によって、メンブレンリーフパケットの完全な挿入が妨げられる。フォールド全体に沿ったメンブレンリーフパケットの不整列又は不完全な挿入は、漏洩を生じ得る。この問題は、未硬化のシーラントを使用する製造プロセスで大きくなり、この場合、シーラントは潤滑剤として機能し、挿入されたリーフパケットが透過物収集チューブから滑って外れるような隙間が形成されるのを許容する。特にシーラント及び保護プラスチック片を使用する態様に関して、より高いリーフ密度に付随する圧縮力は、挿入後にリーフを取り除いて、問題のある不整列になり得る。更に、より高いリーフ密度に付随する摩擦力は、また、フォールド領域から保護プラスチック片を取り除いて、未硬化シーラントを露出させ得る。本発明の一部として、感圧接着剤を含むテープの使用は、未硬化のシーラントの対応する露出と共にこのような取り除きを回避することができる。しかしながら、テープの裏側と隣接して配置された透過物スペーサーとの間の摩擦力は、特に、より高いリーフ密度で、例えば約７（２．７６パケット／ｃｍ）、７．５（２．９５パケット／ｃｍ）、８（３．１５パケット／ｃｍ）、特に８．５（３．３５パケット／ｃｍ）よりも高いリーフ密度で、モジュール構成の間のメンブレンリーフパケットの完全な挿入及び／又は適切な整列も妨げる。このようなより高いリーフ密度を達成するためには、低摩擦裏側表面を有するテープが好ましい。更に詳しくは、（ＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６によって測定したときの）摩擦係数が約０．４２よりも小さい、好ましくは０．４よりも小さい、更に好ましくは約０．３５よりも小さい、なお更に好ましくは約０．３よりも小さい裏側表面を有するテープである。

本発明は、前記のような透過物収集チューブ並びに複数のメンブレンリーフパケット及びメンブレンエンベロープを含む螺旋巻きモジュールを更に含む。好ましい態様に於いて、このモジュールは、少なくとも約６のリーフ密度（即ち透過物チューブの周囲の１インチ当たり少なくとも約６個のメンブレンリーフパケット）、好ましくは少なくとも約７（２．７６パケット／ｃｍ）、更に好ましくは少なくとも約７．５（２．９５パケット／ｃｍ）、幾つかの態様に於いて少なくとも約８（３．１５パケット／ｃｍ）、８．５（３．３５パケット／ｃｍ）ものリーフ密度を有する。このモジュールは、好ましくは前記のように、フォールドに沿ったメンブレンシートの裏側に沿って設けられたシーラント及びテープを有するメンブレンリーフパケットを含む。このテープは、好ましくはＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６によって測定したときの摩擦係数が、約０．４２よりも小さい、好ましくは０．４よりも小さい、更に好ましくは約０．３５よりも小さい、なお更に好ましくは約０．３よりも小さい裏側を有する。

本明細書の説明を通して、ＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６を参照する。この標準試験方法は、標準サンプルサイズ（即ち２インチ幅）に基づいている。この記載の目的のために、この同じ一般的な試験方法は、２インチ以外の幅を有するサンプルのために使用することができる。例えば本発明に於いて使用するのに適している多数のテープは約１〜３インチ（２．５４〜７．６２ｃｍ）の幅で市販されている。本発明の目的のために、このようなテープの幅は、ＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６に従った摩擦係数の決定に於いて重要な影響を有しない。即ちＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６の一般的試験方法は、特に本発明のために最も適合したテープ幅（即ち約１〜３インチ（２．５４〜７．６２ｃｍ）、更に好ましくは１．５〜２．５インチ（３．８１〜６．３５ｃｍ）の幅）について、サンプル幅に無関係に摩擦係数を決定するための好ましい手段である。この記載の目的のために、それぞれのテープについての摩擦係数値は、同じ材料のテープ参照に基づいている。即ちこの摩擦は２個の同一のテープサンプルの裏側表面の間で測定した。

本発明の種々の面をより良く例示するために、フォールドに沿ったメンブレンシートの裏側に沿って、ウレタンシーラント及びプラスチックマイラー片を含む各リーフパケットを有する一般的なメンブレンリーフパケットを使用して、螺旋巻きモジュールを構成することを試みた。しかしながら、約５又は６のリーフ密度を有する一般的なモジュールを構成するのではなく、８．８のリーフ密度を試みた。成功すれば、このモジュールは、９７個の個々のメンブレンリーフパケットを含むであろう。以下に示すように、このモジュールの構成は、僅かに１４個のメンブレンリーフパケットを挿入した後、失敗した。

プラスチックマイラー片を４種の異なったテープの１種で置き換えた以外は、追加の螺旋巻きモジュールを製造した。それぞれのテープには、異なった摩擦係数（即ちテープＡ＝０．３２２、テープＢ＝０．４１２、テープＣ＝０．２８２、テープＤ＝０．２６５）を有する裏側表面が含まれていた。メンブレンリーフパケットのフォールドを強化するために使用したテープを除いて、全ての他のコンポーネント及び構成方法は、モジュールの全てについて実質的に同一であった。それぞれのモジュールには、約８９ｍｍ（３．５インチ）の外径を有する透過物収集チューブが含まれていた。メンブレンリーフパケットは約０．１５ｍｍ（６ミル）の厚さを有するＦＴ−３０型コンポジットメンブレンフラットシート及び約０．７ｍｍ（２８ミル）の厚さを有するポリプロピレンメッシュ供給物スペーサーを使用して製造した。全ての実施例に於いて使用したメンブレンリーフパケットは、市販の螺旋巻きモジュール、例えばＦｉｌｍ Ｔｅｃの商業的ＳＷＨＲ−ＬＥ４００モジュールに於いて使用されているものと実質的に同じものであった。このメンブレンシートを、マンドレルの使用によって折り重ねた。それぞれのメンブレンリーフパケットについて、ウレタンシーラント（約２２，０００ｃＰの粘度）を、４８ｍｍ（１．８７５インチ）の概略幅を有するテープに適用し、これを、続いてフォールドに沿ったメンブレンシートの裏側表面に対して押し付けた。得られるシーラントの湿潤被覆平均適用比率は、約３．２ｍｍ³／ｍｍ（０．００５インチ³／インチ）で、フォールドの全長（概略９００ｍｍのフォールド長さ）に沿って概略約１２〜１５ｍｍの幅を有していた。

それぞれの螺旋巻きモジュールについて、透過物スペーサーを、超音波溶接によって、等しい距離の間隔を空けて、透過物収集の外周の周りに取り付けた。それぞれの場合に、ＦＲＥＦＬＯＷ（登録商標）トリコットポリエステルシートを、透過物スペーサーとして使用した。この透過物スペーサーは、１インチ当たり６０個の畝（wale）で、約０．２５ｍｍ（１０ミル）の厚さを有していた。

透過物スペーサーを、透過物収集チューブの周りに取り付けて、個々のメンブレンリーフパケットを、隣接する透過物スペーサーの間に挿入して、それぞれのリーフパケットのフォールドが、透過物収集チューブと密接して整列するようにした。それぞれのモジュールについて成功裡に挿入されたメンブレンリーフパケットの数を測定し、以下の表Ｉに示す。それぞれの場合に、マイラー片ではないテープを使用すると、成功したリーフパケット挿入のより大きい数になった。更に、より低い平均摩擦係数を有する裏側を有するテープを使用すると、成功したリーフパケット挿入のより大きい数になった。

摩擦係数値はＡＳＴＭ Ｄ１８９４−０６に従って測定したが、２．０インチ（５．０８ｃｍ）ではなくて約４８ｍｍ（１．８７５インチ）の幅を有するテープを使用することによって修正した。それぞれのテープについての摩擦係数値は、同じ材料のテープ参照を使用することに基づいている。即ち、この摩擦は、２個の同一のテープサンプルの裏側表面の間で測定した。それぞれの例に於いて、それぞれのテープの３個のサンプルを、報告した平均値及び標準偏差で試験した。

メンブレンリーフパケット及び螺旋巻きモジュールの詳細な説明の多くを、伝統的なＲＯ及びＮＦ用途に集中させたが、当業者は、これらに限定されずに、気体分離及び非水性液体供給物のために設計されたモジュールと共に、ＵＦ、ＭＦ、電気透析、電気脱イオンに指向するものを含む他の螺旋巻きモジュールへの応用の可能性を容易に認めるであろう。応用可能な螺旋巻きモジュールは、特に限定されず、多くの異なった形状及びサイズが、本発明に適用可能である。例えば、好ましい態様に於いて、２個の隣接して配置されたメンブレンリーフの別個のメンブレンシートが、メンブレンエンベロープを構成するために使用される。しかしながら、一つの代替態様に於いて、Solieに付与された米国特許第５，５３８，６４２号明細書に記載されているように、このメンブレンシートは連続しており、それ自体の上に折り重ねて、交互リーフ及びエンベロープを作ることができる。更に、広範囲の種々のメンブレンシートを、特に記載されたものを越えて使用することができる。本明細書の記載の目的は、本発明を、記載された特別の態様に限定することではなく、この開示の精神及び範囲内に入る全ての修正、均等物及び代替物をカバーすることであることが理解されるべきである。本発明の多数の態様を記載し、幾つかの例に於いて、或る態様、選択、範囲、構成又は他の特徴を、「好ましい」として特徴付けた。「好ましい」特徴のこのような指定は、決して、本発明の本質的な又は重要な面として解釈されるべきではない。

それぞれの螺旋巻きモジュールについて、透過物スペーサーを、超音波溶接によって、等しい距離の間隔を空けて、透過物収集チューブの外周の周りに取り付けた。それぞれの場合に、ＦＲＥＦＬＯＷ（登録商標）トリコットポリエステルシートを、透過物スペーサーとして使用した。この透過物スペーサーは、１インチ当たり６０個の畝（wale）で、約０．２５ｍｍ（１０ミル）の厚さを有していた。

メンブレンリーフパケット及び螺旋巻きモジュールの詳細な説明の多くを、伝統的なＲＯ及びＮＦ用途に集中させたが、当業者は、これらに限定されずに、気体分離及び非水性液体供給物のために設計されたモジュールと共に、ＵＦ、ＭＦ、電気透析、電気脱イオンに指向するものを含む他の螺旋巻きモジュールへの応用の可能性を容易に認めるであろう。応用可能な螺旋巻きモジュールは、特に限定されず、多くの異なった形状及びサイズが、本発明に適用可能である。例えば、好ましい態様に於いて、２個の隣接して配置されたメンブレンリーフの別個のメンブレンシートが、メンブレンエンベロープを構成するために使用される。しかしながら、一つの代替態様に於いて、Solieに付与された米国特許第５，５３８，６４２号明細書に記載されているように、このメンブレンシートは連続しており、それ自体の上に折り重ねて、交互リーフ及びエンベロープを作ることができる。更に、広範囲の種々のメンブレンシートを、特に記載されたものを越えて使用することができる。本発明の多数の態様を記載し、幾つかの例に於いて、或る態様、選択、範囲、構成又は他の特徴を、「好ましい」として特徴付けた。「好ましい」特徴のこのような指定は、決して、本発明の本質的な又は重要な面として解釈されるべきではない。

Claims (10)

1. 第一及び第二の側を含むメンブレンシート（このメンブレンシートはフォールドから伸びている第一及び第二のメンブレンリーフを規定するように折り重ねられている）、
   前記フォールドの少なくとも一部に沿ってメンブレンシートの裏側上に配置されているシーラント並びに
   前記フォールドの少なくとも一部に沿ってメンブレンシートの裏側上に配置されているテープ
   を含んでなるメンブレンリーフパケット。
2. 前記テープがメンブレンシートの裏側上のシーラントを覆っている請求項１に記載のメンブレンリーフパケット。
3. 前記テープが表側及び裏側を含み、その裏側が約０．４２よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する請求項１に記載のメンブレンリーフパケット。
4. 前記テープが表側及び裏側を含み、その裏側が約０．３５よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する請求項１に記載のメンブレンリーフパケット。
5. 前記テープが表側及び裏側を含み、その表側が感圧接着剤を含み、そしてその裏側が０．３よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する請求項１に記載のメンブレンリーフパケット。
6. 第一及び第二の側を有するメンブレンシートを用意し、
   前記メンブレンシートを、フォールドから伸びている第一及び第二のメンブレンリーフを規定するように折り重ね、
   約５０，０００ｃＰよりも小さい粘度を有するシーラントを用意し、
   前側及び裏側を含むテープを用意し（ここで、裏側は約０．４２よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する）、そして
   前記シーラント及びテープを、フォールドの少なくとも一部に沿って、テープがシーラントを覆うように適用する
   工程を含んでなるメンブレンリーフパケットの製造方法。
7. 最初にシーラントを、テープの表側の区画に適用し、続いて、そのテープを、フォールドの少なくとも一部に沿って適用する請求項７に記載の方法。
8. 複数のメンブレンリーフパケット及び透過物収集チューブの周りに巻き付けられたメンブレンエンベロープを含んでなる螺旋巻きモジュールであって、メンブレンリーフパケットが、
   第一及び第二の側を含むメンブレンシート（このメンブレンシートはフォールドから伸びている第一及び第二のメンブレンリーフを規定するように折り重ねられている）、
   前記フォールドの少なくとも一部に沿ってメンブレンシートの裏側上に配置されているシーラント並びに
   前記フォールドの少なくとも一部に沿ってメンブレンシートの裏側上に配置されているテープ、
   を含んでなり、前記テープが表側及び裏側を含み、その裏側が約０．４２よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する螺旋巻きモジュール。
9. 前記テープの裏側が約０．３５よりも小さい摩擦係数を有する表面を有する請求項８に記載のモジュール。
10. 前記モジュールが少なくとも約７のリーフ密度を有することによって特徴づけられる請求項８に記載のモジュール。

Images