JP2014522294A - 流体ろ過システムのフィルターエレメント - Google Patents

Abstract

逆浸透、ナノろ過、膜及びスペーサー、膜型バイオリアクタ、正浸透、又は他のろ過システムで使用するフィルターエレメントは、巻付け式コアチューブを有する透過物キャリア基材を含む。透過物キャリアは、一連の離間したリブを含む。リブは、膜基材に、ヤーン、ストリング、又は樹脂材料若しくはポリマー材料を貼付することによって形成される。リブは、それに沿って液体又は気体透過物が通過するチャネルを画定する。透過物は、コアチューブで受取られ、コアチューブは、透過物の収集を容易にするために、コアチューブに沿って１つ又は複数の細長い流れ凹所を有する。

Description

本発明は、包括的には、液体、気体、及び他の流体材料をろ過するシステム及び方法に関し、詳細には、本発明は、流体ろ過システムからのろ過された流体の取出を容易にするようにこうした流体ろ過システムで使用する、透過物キャリアシート材料が巻付けられているクロスフローコアチューブを有するフィルターエレメント、及び、こうした材料を形成する方法に関する。

ナノろ過、限界ろ過、正浸透、逆浸透ろ過システム等の流体ろ過システム並びに他の同様のろ過及び／又は液体若しくは気体移送プロセスでは、水又は他の液体等の流体材料が、一般に、フィルターエレメントを通され、フィルターエレメント内で、液体から、液体内に含まれる場合がある微粒子及び他の混入物質が取り除かれる。例えば、逆浸透型ろ過システムでは、フィルターエレメントは、一般に、圧力容器用の１つ又は複数のフローチューブを入口側に有する圧力容器内に収容される。フローチューブは、清浄化される給送水又は他の流体材料が、フィルターエレメント内に導入される入口を提供する。フィルターエレメント自体は、一般に、螺旋状の巻付け式膜ろ過エレメントを含み、螺旋状の巻付け式膜ろ過エレメントは通常、半透性膜材料の膜表面が透過物キャリアシート材料から外に向いた状態で、半透性膜材料の２つの層間に透過物キャリアシート材料を含み、「リーフ（leaf）」構造を形成する。リーフ構造は一般に３面で閉じられ、フィルターエレメントを形成するようにコアチューブに巻付けられる。リーフ構造の外側は、一般に、到来する流体のフィード圧下にあり、一方リーフ構造の内側は大気圧下にある。

フィルターエレメントの透過物キャリアシート材料は、一般に、半透性膜を通って流体流が移動するにつれて、透過物（ろ過された液体又は他の流体材料）が通過することになる一連のチャネル又は溝を画定し、半透性膜は透過物から微粒子及び他の混入物質をろ過する。透過物は、一般に、透過物キャリアシート材料のチャネルを通して引出され、フィルターエレメントが巻付けられる、中心に配置されたコアチューブに給送される。コアチューブは、一般に、透過物すなわち清浄化された流体を受取る、コアチューブの長さに沿って離間した一連の穴を備え、透過物すなわち清浄化された流体は、コアチューブの穴に入り、コアチューブの中心通路に沿って方向付けされ、収集されるべくフィルターエレメントを出る。

かつては、従来の透過物キャリアシート材料は、一般に、トリコット材料から作られており、トリコット材料は、通常、専用編み機上で形成されるエポキシ若しくはメラミン被覆ポリエステル又は同様の被覆ヤーン材料から形成される編物材料を含む。こうしたトリコット材料の相互接続されたループを編むプロセスはまた、一般に、より細い繊度のヤーンの使用を必要とし、高細繊度ヤーンの使用は、ステッチ形成の幾何形状のために、より多くのヤーンをより多く編むことを必要とし、したがって、より太い繊度で同一のポリマーを利用する生地に比べて、生産するのに本質的にコストがかかる。これらのトリコット材料は、更に一般に、間にチャネルを画定する一連の縦に延在するリブで編まれ、これらのチャネルに沿って透過物がコアチューブの穴に向かって案内される。しかし、最も従来的なろ過システムのコアチューブは、一般に、収集されるべく透過物キャリアシート材料チャネルに沿って通る、清浄化された水又は他の透過物材料を受け取る限られた数の開口だけを含んでいる。こうした穴は、一般に、透過物キャリアシート材料のチャネルの幅に比べて広く離間し、結果として、ほとんどの透過物キャリアシート材料は、或る程度多孔性があるリブを有すること、及び／又は、透過物がコアチューブの穴に達することができるように、必要に応じて、リブを通るクロスフロー経路を提供する側方流れチャネルを備えることが必要とされる。こうしたクロスフロー機能を有さない透過物キャリアシート材料は、一般に、コアへの透過物の流れを実質的に制限し、フィルターエレメント内のエレメント流動を著しく減少させる。

したがって、当技術分野における上記の問題並びに他の関連する問題及び関連しない問題に対処する、ろ過システムで使用するコアチューブ及び透過物キャリアシート材料を有するフィルターエレメントについての必要性が存在することがわかる。

簡潔に述べると、本発明は、包括的に、清浄化された透過物流の迅速かつ効率的な取出を容易にする、逆浸透、ナノろ過、限界ろ過、正浸透、並びに他の同様のろ過及び／又は液体又は気体移送システムで使用する、フィルターエレメント、並びに透過物キャリアシート材料及びクロスフローコアチューブ構造等のフィルターエレメント用の構成要素の改善に関する。クロスフローコアチューブは、透過物キャリアシート材料を有する１つ又は複数の膜シート及び膜シートの対向面上に配列されたスペーサーを一般に含むタイプの螺旋状の巻付き式又はラップ式ろ過エレメントに嵌合し、また、該ろ過エレメントに対する支持を提供するように設計され、更に、多岐にわたる透過物キャリアシート材料の使用を可能にする。他のタイプのフィルターエレメント及びろ過システムも、本発明の原理に従って形成される改良されたクロスフローコアチューブ及び透過物キャリアシート材料とともに利用されることができる。

クロスフローコアチューブは、一般に、開口した第１及び第２の端を有する、円柱本体、長方形本体、又はその他の方法で構成された本体を含む細長い管状部材を含むことになる。少なくとも１つの流れ方向付け溝又は流れ凹所は、一般に、管状本体の第１の端と第２の端との間で管状本体の中間部分に沿って形成されることになる。通常、フローチューブの本体に沿って形成される２つ以上の溝又は流れ凹所が存在することになり、溝又は流れ凹所は、一般に、本体の回りに実質的に等間隔で離間した場所に形成される。またさらに、代替の実施形態では、短縮した溝又は長さが減少した流れ凹所が、所望に応じてプリセットされたパターン又はよりランダムに設計されたパターンで、離間した場所に管状本体に沿ってかつ管状本体の回りに形成されることができる。クロスフローチューブの溝又は流れ凹所はまた、一般に、クロスフローチューブに沿って離間した場所に配列された一連の流れ開口又はポートを含むことになる。これらのポート又は流れ開口は、異なる構成及びサイズで形成することができ、また、清浄化された水等の流体が、透過物キャリアシート材料の流れチャネルの端からフローチューブ内に方向付けされ、収集のためにフィルターエレメントから離れるように方向付けされることを可能にする。さらに、流れ開口及び溝は、クロスフローコアチューブの管状本体の中間部分の回りで離間パターン又は変動パターン（varied pattern）で形成される一連の細長いスロット付き開口と置換えられることができる。

さらに、本発明の原理に従って形成されるフィルターエレメントは、より経済的な透過物キャリアシート材料を生成するように、従来のトリコット材料と構造及び形成方法が異なる透過物キャリアシート材料を更に含むことができる。こうした透過物キャリアシート材料は、一般に、離間した流れチャネル又は溝を画定する一連のリブ又はうねを含むことになり、一連のリブ又はうねに沿って、ろ過された透過物流体流は、コアチューブの流れ凹所に向かって案内されることになる。一実施形態では、こうした透過物キャリアシートは、一連のヤーン、ストリング、繊維、フィラメント、又は他のタイプのリブ材料を基材又はベースに貼付することによって形成されることができる。リブ材料は、基材の表面上で重なり合う関係になるよう離間した列で案内され、かつ、基材に付着又は固着することができ、リブ材料は、基材表面上へのリブ材料の位置決めの前か又は後に、リブ、基材、又は両方に貼付される接着剤又は樹脂材料の適用等によって、基材の表面にわたって所望の間隔で維持される。代替的に、リブ材料は、樹脂材料等の押出成形された合成材料又は複合材料から形成され、リブを形成する離散的な離間したラインにおいて貼付され、離間したチャネルがリブ間に画定される。またさらに、リブ材料は、接着剤がある状態又はない状態で基材に貼付され、その後、リブ材料を基材に溶接するか又はその他の方法で固着するように熱固定（heat set）されることができる。結果として得られる透過物キャリアシート材料は、相応して、費用がかかるヤーン又は他の材料並びにそれ用の専用機器を必要とすることなく形成することができ、透過物キャリアシート材料の形成は、リブ材料及びリブ材料間に画定されるチャネルのサイズ、構成、及び間隔の改良された制御を実現することができる。

使用時、清浄化された水等の透過物液体は、一般に、流入液体がフィルターエレメント内を通るときに、透過物キャリアシート材料の縦チャネルに沿って、クロスフローコアチューブの流れ方向付け溝又は凹所に沿って形成された流れ開口内に方向付けされることになる。フローチューブ内に形成される細長い溝又はスロット付き凹所は、透過物キャリアシート材料の幅にわたる流体の側方流がフローチューブの離間した流れ開口のうちの１つに達することを可能にするべく、更なる側方に方向付けされるクロスフローチャネル又は多孔質リブを持つように透過物キャリアシート材料が形成されることを必要とすることなく、透過物液体が、透過物キャリアシート材料の縦チャネルから収集され、こうした溝内に形成された流れ開口又はポートに給送するために縦チャネルに沿って移動されることを更に可能にすることになる。結果として、種々の異なる構成、タイプ、及び構造の透過物シート材料もまた、ろ過システムに利用されることができる。

本発明の種々の目的、特徴、及び利点は、添付図面とともに考えられるときの、以下の詳細な説明を検討することによって、当業者に明らかになるであろう。

本発明の原理による、クロスフローコアチューブ及び透過物キャリアシート材料を組み込むフィルターエレメントの斜視図である。 本発明の１つの例示的な実施形態によるクロスフローコアチューブの側立面図であり、囲むフィルターエレメントが仮想線で示されている。 本発明の原理によるクロスフローコアチューブの代替の実施形態の斜視図であり、クロスフローコアチューブに沿って離間した場所に、減少した長さの流れ凹所、スロット、及び／又は細長い流れ開口を組み込む。 本発明の原理によるクロスフローコアチューブの別の代替の実施形態の斜視図であり、透過物をコアチューブの流れ開口に方向付けする隆起部又はレッジを組み込む。 本発明の原理に従って形成される透過物キャリアシート材料の１つの例示的な実施形態を示す写真である。 本発明の原理に従って形成される透過物キャリアシート材料の構成の別の実施形態の概略的な例を示す図である。 本発明の原理による透過物キャリアシート材料を形成するプロセスの例示的な実施形態の略図である。 本発明の原理による透過物キャリアシート材料を形成するプロセスの更なる代替の実施形態を概略的に示す斜視図である。 本発明による透過物キャリアシート材料を形成するプロセスの更なる実施形態を概略的に示す斜視図である。

一般的な慣行に従って、以下で論じる図面の種々の特徴が必ずしも一定比例尺に従って描かれていないこと、及び、本明細書に記載する本発明の実施形態をより明確に示すように、図面の種々の特徴及び要素の寸法を拡張又は縮小することができることを、当業者は認識し理解するであろう。

同様の数字が幾つかの図を通して同様の部品を示す図面をここで参照すると、図１〜図５Ｂは、概して、本発明の原理による、流体ろ過システムで使用する改良されたフィルターエレメント１１（図１）を構築するクロスフローコアチューブ１０（図２〜図４）及び透過物キャリアシート材料１３（図５Ａ及び図５Ｂ）の例示的な実施形態を示す。図６Ａ〜図６Ｃは、効率が増加した状態で、また、透過物キャリアシート材料を形成する専用編み機を必要とすることなく、透過物キャリアシート材料を形成する方法を示し、透過物キャリアシート材料は、半透性膜ろ過媒体の透過部とコアチューブ１０によって画定されるろ過システムの出口点との間で液体及び気体の移送を容易にするように適合される。

本発明のコアチューブ及び透過物キャリアシート材料は、当業者によって理解されるように、逆浸透ろ過、ナノろ過、限界ろ過、正浸透ろ過を含む種々の異なるタイプの液体又は気体ろ過及び／又は移送プロセス、並びに、高圧及び低圧ろ過システムを含む他のタイプのろ過システムで使用するように更に適合される。コアチューブ及び透過物キャリアシート材料はまた、例えば、飲料水をろ過すること等の、家庭及びビジネスにおけるシンク下のフィルターエレメント等の小規模な個人使用ろ過での使用、及び／又は、例えば、他の汚染された流体流の脱塩化又は清浄化等の種々の流体の大規なろ過での使用を含む種々のろ過用途で使用するように、種々のサイズ及び／又は構成で形成されることができる。

更なる代替の使用では、本発明の原理に従って形成された、コアチューブ１０、透過物キャリアシート材料１３、並びにこうしたコアチューブ及び透過物キャリアシート材料を組み込むフィルターエレメント１１は、ろ過される液体が透過生成物であり、取り出される濃縮液が廃棄物である、透析処置での使用を含む、医療分野等の他の用途、又は、ろ過された水が廃棄物であり、そのろ過された水から取り出された濃縮液が所望の最終生成物、すなわち、オレンジジュース、ワイン、天然ガス等である用途で使用されることができる。本発明のコアチューブ及び透過物キャリアシート材料は、流体を収集及び取り出すのに流体の側方流を必要とすることなく、フィルターエレメントの透過物キャリアシート材料の縦チャネルを通したより効率的な直接の流体流を可能にすることによって、コアチューブが利用されるフィルターエレメントを通してろ過された水等の清浄化された流体及び他の液体の効率的な流れを容易にするように設計される。

図１に示すように、逆浸透型ろ過システムとして１つの例示的な実施形態でここでは示すフィルターエレメント１１は、一般に、コアチューブ１０に巻付けられた、積層型「リーフ（leaf）」構造１５で配列された、半透性膜材料１２、透過物キャリアシート材料１３、及びスペーサー１４の１つ又は複数の層又はシートを含む。膜材料１２は、一般に、半透性材料であることになり、また、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、又は、所望の流体をろ過するのに適切な他の半透性材料から形成される膜材料を含み得る織布若しくは不織布支持体又はベースシート１７に貼付されたろ過膜表面又はろ過膜要素１６を含むことができ、特定の膜シートは、当業者によって理解されるように、ろ過される液体、例えば、水又は血液透析ろ過用途の血液に対するその透過性について選択される。同様に、スペーサー１４は、膜１２及び透過物キャリアシート材料１３の層を支持し分離するリブ又は支持体を画定するポリマー材料の格子又はシートを含むものとしてここで示される従来のスペーサーを含むことができる。

本発明の原理によるコアチューブ１０（図２）は、一般に、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は他の非浸出性合成材料等の剛性がある高強度材料から通常形成されるクロスフローコアチューブとして構成される。コアチューブは、一般に、必要に応じて又は所望に応じて、円柱構成、長方形構成、又は種々の他の構成であり得る管状本体３０を含み、対向端３１及び３２を有する。接着剤収集溝３３は、一般に、コアチューブ本体のそれぞれの端３１／３２に形成されて、フィルターエレメントの端に貼付されるシール材料の収集を容易にし、それにより、透過物キャリアシール材料の縁部と膜シートスペーサーの縁部とコアチューブの縁部との間にオーバラップシールが形成されることを保証する。この接着剤収集溝３３は、更に、クロスフローコアチューブ及びフィルターエレメントのアクティブエリアを制限し、フィルターエレメント内へのシール材料実体（entity）の流れを制御するのに役立つ。コアチューブは、フィルターエレメントが使用されることになるろ過用途に応じて、いろいろな長さ及び径又は幅で形成されることができる。コアチューブの径又は幅は、透過物がフィルターエレメントから放出されるべくそこを通って流れることになる内部流れ通路３４（図３）のサイズを画定する。コアチューブ１０の一端３２（図２）は、更に、クロスフローコアチューブからの透過物を取り出し及び／又は収集すべく、放出ライン又はシステムにコアチューブを接続するためのＯリング又は同様のシール材料を収容するシール溝３５を含むことができる。

図１及び図２に更に示すように、コアチューブ１０は、コアチューブの本体３０の長さに沿う離間した場所に形成された一連の流れ開口３６を持つように形成される。家庭用水ろ過又は「シンク下（under sink）」ろ過システム等用の通常の逆浸透ろ過システムでは、一般に、約２５．４センチメートル（約１０インチ）膜幅当たり約５つの流れ開口が存在する。こうした逆浸透ろ過システムで使用される透過物キャリアシート材料は、更に通常、キャリアシートの幅の２．５４センチメートル（１インチ）当たり約３０〜３４個のチャネルを有することができ、相応して一般に、透過物キャリアシート材料の多数のチャネルに沿って流れる透過物が従来のコアチューブの流れ開口に達することができるように、側方流を可能にする側方流チャネル又はクロスフローチャネルを含まなければならない。

図１及び図２に示すように、本発明のコアチューブは、コアチューブ１０の本体３０の長さに沿って実質的に延在する、長手方向に延在する流れ方向付け溝又は流れ凹所４０を更に含む。１つ又は複数のこうした流れ凹所４０は、コアチューブの本体に形成することができ、更なる流れ凹所は、コアチューブの円周又は長さ及び幅の回りにほぼ等距離の間隔で配置される。コアチューブ用の流れ開口３６は、一般に、流れ凹所（複数の場合もある）４０の長さに沿って、離間した位置に形成又は配置されて、透過物キャリアシート材料に沿って透過物を引き出すように流れ開口３６を通して印加される圧力差を維持することになる。しかし、流れ凹所（複数の場合もある）は、透過物キャリアシート材料チャネル間のクロスフローを必要とすることなく、透過物キャリアシート材料チャネル６０（図１）の長さに沿って透過物が縦に引出されることを更に可能にする。その理由は、透過物を、長手方向に延在する流れ凹所（複数の場合もある）に引き寄せることができ、その後、透過物は流れ凹所に沿って最も近くの流れ開口へ側方に運搬されることになるからである。これは、透過物キャリアシート材料が、実質的に縦に延在する流れチャネルを持つように、また、側方クロスフローチャネルを必要とすることなく形成されることを可能にし、異なるタイプ／構成でかつ費用がかからない透過物キャリアシート材料が利用されることを可能にする。

図３は、スロット付き凹所４１及びより密に配列された流れ開口を有するより短い凹所の使用を含む、流れ凹所４０’の代替の実施形態を示している。こうした代替の実施形態では、また、特にスロット付き凹所を使用する場合、スロット付き凹所は、通常、図２に示す流れ凹所（複数の場合もある）４０より短い長さであることになるが、一般に、フィルターエレメントからの透過物の取出を容易にするようにコアチューブの回りで離間した場所に配列された更なるスロット付き凹所内に存在する。流れ開口３６はまた、流れ凹所より長さが短く、流れ凹所に沿って離間したスロット付き開口として形成されることができる。

図４は、本発明の原理によるクロスフローコアチューブ１０の更なる代替の実施形態を示す。この実施形態では、一対の隆起部又はレッジ５０が、流れ開口３６を境界付ける又は囲む位置に示されている。一対のレッジが示されているが、流れ開口３６のそれぞれのセット間に単一のレッジ又は隆起部を使用することが同様に可能である。レッジ（複数の場合もある）又は隆起部（複数の場合もある）は、収集及び取出のために、透過物流を、捕捉し、透過物キャリアシート材料の流れチャネルから流れ開口に向かって方向転換するのに役立つ。コアチューブは、他の隆起したエリア又は突出部５０を持つように更に形成することができ、又はそうでなければ、「円からずれた（out-of-round）」構成を持つように形成されて、透過物流を捕捉し、流れ開口に対して方向転換する手段を提供することができる。

図５Ａ〜図６Ｃ等の図面に示すように、本発明に従って形成される透過物キャリアシート材料１３は、一般に、種々のヤーン、ストリング、又は樹脂性リブ材料６１の間に形成された一連のチャネル又は溝６０を含むことになり、その材料６１は、直立チャネル壁６３を画定するリブ又はうね６２（図６Ａ〜図６Ｃ）を形成し、これらは基材６４に接合されるか又はその他の方法で付着／固着されることができる。使用時、透過物キャリアシート材料の基材の表面６６に形成及び／又は搭載又は接合されたこれらのリブ６２は、半透性膜１２（図１Ａ及び図５Ｂ）の表側を支持し分離することになり、膜及び透過物キャリアシート材料は、一般に、図１のフィルターエレメント１１に示すように、同心巻付け式タイプ又は螺旋状巻付け式タイプの配置構成で配列される。リブ間で画定されるチャネルは、膜とチャネルとの間に非閉鎖経路を設けることによって、ろ過された水又は気体（「透過物（permeate）」）のフィルターシステムからの流出（exit）を容易にする、抵抗の減じた経路を提供する。結果として、リブが膜に対する適切な支持を提供しながら、これらのチャネル又は溝が、ろ過される透過液体又は気体がろ過膜（複数の場合もある）間に流れることを可能にすることになり、膜（複数の場合もある）が、ろ過プロセス中に生成される圧力に応答した圧壊又は構造的圧縮に抗することを可能にする。

トリコット生地から形成されるような従来の透過物キャリアシート材料に加えて、本発明の原理に従って形成されるフィルターエレメントは、より経済的な透過物キャリアシート材料を生成するように、従来のトリコット材料と構造及び形成方法が異なる透過物キャリアシート材料を更に含むことができる。図５Ａ〜図６Ｃに示すような１つの例示的な実施形態では、本発明の透過物キャリアシート材料１３は、基材又はベース層６４を含む複合材料として形成されることができる。基材又はベース層６４はポリマー膜材料から形成することができ、また、一連の離間したヤーン、ストリング、フィラメント、リボン、ストリップ、樹脂材料のライン、又は、他の同様なリブ材料６１がそれに貼付されることができる。

透過物キャリアシート材料の膜ベース層又は基材６４のために使用されることができる、適した材料の例は、ポリエステル、ポリプロピレン、又は他の膜材料、並びに種々のタイプのエポキシ又は樹脂材料等の織布又は不織布ポリマー材料を含むことができる。基材に貼付されるリブ材料６１は、ポリエチレンシース／ポリプロピレンコアモノフィラメントヤーン、ポリエステル／ポリプロピレンスパンヤーン、ポリエステル−エチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン、又は他のタイプのモノフィラメント、２成分又は多成分ヤーン等の、種々のポリマーから一般に形成される熱可塑性ポリマーヤーン又はストリングを通常含むことができ、基材に熱固定又は熱接合されることが可能である。

代替的に、樹脂性の又は他の合成若しくはポリマー材料の測定される列はまた、以下で論じるリブを形成する列間の所望の間隔を有する離散的ラインにおいて基材上に押出成形され及び／又は堆積されることができる。ヤーン、ストリング、樹脂材料ライン、又はリブ材料に利用される他の材料は、更に、サイズが約０．１０ｍｍから最大１ｍｍまでの範囲内にあり得るが、透過物キャリアシート材料が使用されることになるろ過用途に応じて、より大きな又はより小さなサイズのストリップ、ライン、又はヤーンが、同様に、必要又は所望に応じて使用されることができる。

したがって、透過物キャリアシート材料の形成は、ろ過システムのタイプ及び／又は更なる要素が使用される環境に応じて、透過物キャリアシート材料を利用してフィルターエレメントの様々な所望の流れ又はろ過特性等の異なる特性を規定する、様々なリブ／うね及びチャネルの構成及びサイズを形成するべく、種々のサイズのヤーン及び／又は種々の材料を用いて種々の透過物キャリアシート材料を形成するように制御されることができる。限定ではなく例を挙げると、透過物キャリアシート材料の１つの例示的な実施形態は、２０ｇｓｍ〜４０ｇｓｍのスパンボンドポリプロピレン等の織布又は不織布膜基材に貼付された１０／１又はより高綿含有量のポリエステル／ポリプロピレンスパンヤーンから形成されるリブ材料を含むことができる。代替的に、リブ材料は、より大きな又はより小さなサイズも使用されることができるが、約０．２ｍｍ〜１ｍｍのサイズを有するポリエステル又はポリエチレンシース／ポリエステル／ポリプロピレンコアヤーン等の合成スパンヤーンを含み、スパンボンドポリプロピレン又はポリエステル／ナイロン不織布膜に貼付されることができる。

図５Ａ〜図６Ｃに示すように、本発明の透過物キャリアシート材料１３を形成するプロセスの好ましい実施形態の種々の例では、ヤーン７０、フィラメント、又はストリングが、リブ材料のために使用されるものとして示される。これらのヤーン７０は、給送ロール７１（図６Ａ〜図６Ｂ）、ヤーンビーム７１’（図６Ｃ）又はクリールから給送され、同様に一般に供給ロール７２から給送されることになる基材の表面６６に沿って重なり合う関係で、基材又は膜材料６４と係合状態になることができ、２つの材料は、１つ又は複数のガイドロール７３によって位置合わせ状態にされる。種々の他のリブ材料も、当業者によって理解されるように、同様の操作で使用され適用されることができる。

図６Ａに示す実施形態では、ヤーンガイドは、ヤーン７０がそこを通して給送される一連のガイドスロット７６を有するガイドリード７５を備えることができる。代替的に、歯付きコーム又は他の同様なヤーンガイドは、基材と係合状態になるよう、ヤーンの間に所望の／所定の間隔を持つようにヤーンを案内するために使用されることができる。ヤーンは、基材６４に対するヤーンの接着を行うように、ヤーンに溶融ポリマー樹脂接着剤を塗布することができる、キスロールコーティングローラー７７又は他の接着剤アプリケーターを越えて、離間した列で案内される。ヤーンは、キスロールコーティングローラー上を通過した後、その供給部からガイドロール７２（必要に応じて、同様に、加熱又は冷却されることができる）に給送される基材の表面６６と係合し、表面６６に貼付されて、基材に対するポリマー被覆ヤーンの接着を助ける。基材は、ヤーンが、離間した列又はシリーズで基材に貼付／接着された状態で、次に、巻取り（wind-up）ロール７８の回りに給送され、巻取りロール７８は、基材とヤーンが位置合わせ状態にされるときに、基材とヤーンに張力を提供するのに役立つように駆動されることができる。この張力は、ポリマー被覆ヤーンと基材をともに付勢するのに役立ち、ヤーンと基材との間の接着を生成するのにニップロール等の圧力アプリケーターの使用を必ずしも必要とすることなく、ヤーンと基材との間の接着を促進する。

代替的に、図６Ｂに示すように、ヤーン／ストリング又は他のリブ材料等のリブ材料６１は、供給部からリード又は同様のガイド等のヤーンガイド８１を通って給送され、一対のニップ又は圧縮ロール８３／８４の間のニップ８２で膜／基材６６と係合状態になることができる。このガイド８１は、図６Ｂに示すように細長い本体８６を通して画定され、かつ、所望の間隔で配列される一連の穴又は通路８７を有する、細長い本体８６を含むことができる。圧縮ロールはまた、例えば約１３０℃〜２５０℃との間に、又は、複合キャリア材料が圧縮ロール間でともに圧縮されるときに、基材に対するヤーン／ストリングの接着を促進するのに十分な程度まで、ポリマーヤーン／ストリング及び／又は基材の膜材料を軟化するのに必要とされる、より高い又はより低い温度に加熱されることができる。その後、透過物キャリアシート材料の複合ヤーン／ストリング及び膜材料／基材は、更に下流に移動するにつれて、冷却ファン又はブロワ８９を有することができる、８８で全体的に示す冷却ゾーンを通過することができ、又は、基材上でのヤーンの間隔を維持しながら、ヤーンが基材に接合することを可能にする冷却ローラーの回りを通過することができる。

図６Ｃに示すプロセスの更なる実施形態では、ヤーン７０等のリブ材料６１は、一般に、加熱された溝付きロール９０の回りに給送されることになり、その溝付きロール９０は、内部に形成された一連の個々の溝又はチャネル９１を有することができ、その溝又はチャネル９１はそれぞれ、内部にヤーン７０を受取るように構成される。溝又はチャネルは、所望の距離のヤーン間の間隔を形成するように、所望の距離だけ離間されることになり、それにより、ヤーン又はストリングは、基材６４に付着した後、完成した透過物キャリアシート材料１３のチャネル６０を画定するために離間されることになる。

さらに、ヤーンが通過する溝付きロールの溝は、図５Ｂに示すほぼ正方形又は長方形の構成等の、チャネルリブ６２用の特定の所望の形状を形成するようにサイズ決定され、形作られることができる。透過物キャリアシート材料の基材は、一般に、基材の膜材料を予熱するための加熱表面９３を通常有する平滑ガイドロール９２（図６Ｃ）の回りに給送されることになる。リブ材料及び膜材料は、互いに位置合わせ状態になるよう給送され、次に、加熱ローラー９０／９２のニップ９５を通過し、それによってリブ材料は、実質的に一貫性がありかつ均等な方式でベース材料と位置合わせ状態になるよう案内され、ベース材料に貼付される。このとき、リブ材料は、一般に、透過物キャリアシート材料の必要なチャネルを画定するように、膜の幅にわたって離間する。

述べたように、図５Ｃに示すヤーンローラー又は図５Ａ〜図５Ｂに示すヤーンガイド若しくはリードの溝は、一般に、リブ材料の所望のリブ幾何形状及び間隔を提供するようにサイズ決定され、構成されることになる。通常、こうした間隔は、２．５４センチメートル（１インチ）当たり約２０〜８０個のリブの範囲内とすることができる。しかし、透過物キャリアシート材料が使用される用途に応じて、リブ材料の他の間隔又は配置構成も使用され得ることが理解されるであろう。それに加えて、種々のリブ／チャネル構成が提供されることができる。例えば、リブ材料は、実質的に真っすぐで平滑な側面を有する実質的に平坦な頂部を持つリブとして形成されて、リブ材料上に付着又は貼付される後続の半透性膜に対して、より一貫性がありかつ均等な支持を提供し、また、図６Ｂ及び図６Ｃに示すようなリブ間の実質的に非制限的な流れチャネルを提供することができる。しかし、他のリブ構成又は配置構成も、用途に応じ必要又は所望に応じて設けられることができる。

透過物キャリアシート材料のリブの高さ、幅、及び間隔は、透過物キャリアシート材料が使用されるそれぞれの特定のろ過用途について所望の圧力及び流れ要件を満たすように、更に調整されることができる。またさらに、加熱式ローラー又は接着剤コーター／アプリケーターの温度は、使用時に所望のリブ材料の熱可塑性特性及び基材の熱可塑性特性を一致させるように調整可能であり、それにより、リブ材料が、著しく軟化又は溶解されることなく、及び／又は、ローラーにくっつくことなく、基材に対するリブ材料の実質的に平滑な移行及び最大限の接着を容易にすることができる。

別の代替の実施形態では、リブ材料は、所定の間隔及び厚さで基材に押出成形されることができる又はその他の方法で基材に貼付されることができる、溶融ポリマー樹脂又は他の同様な材料の形態で貼付されることができる。こうしたシステムでは、１つ又は複数の押出ヘッドが、溶融ポリエステル、ポリプロピレン、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン、又はエポキシ材料等の押出成形された樹脂又はポリマー材料を貼付するように、ウェブ又は基材上に搭載されることになり、押出成形された樹脂又はポリマー材料は、加熱された溝付きロールを通って下流に通過し、加熱された溝付きロールは、ポリマー材料の押出成形された列を形成することになり、また、その押出成形された列を硬化させ、所望の形状、厚さ、アライメント、及び間隔のリブにするのを補助することができる。冷却するとリブを実質的に形成することになる溶融リブ材料を、押出ノズルが離散的なラインにおいて貼付することも可能であり、そのとき、溶融リブ材料の離散的なラインは所望の間隔で配列され、また貼付される溶融材料の量は、所望の形状、高さ、及び／又は幅のリブを形成するように制御される。

透過物キャリアシート材料、膜シート、及びスペーサーは、更に、フィルターエレメント１１が使用される特定のろ過用途のために必要に応じて、一般的に所望の重量を与えられることができる。例えば、透過物キャリアシート材料及び膜シートはそれぞれ、約０．８４平方メートル（１平方ヤード）当たり約２８．３グラム（約１オンス）〜約２８３．４グラム（約１０オンス）の重量を有することができるが、ろ過用途に応じて、より大きな又はより小さい生地重量が、同様に使用されることができる。それに加えて、透過物キャリアシート材料及び膜シートは、更に、約０．１２５ミリメートル（約５ミル）〜約１ミリメートル（約４０ミル）、好ましくは約０．２５ミリメートル（約１０ミル）〜約０．７５ミリメートル（約３０ミル）の範囲の厚さを有することができるが、他のいろいろな範囲の厚さも利用することができ、また、ろ過用途に応じて必要又は所望されるサイズの縦流れチャネルを画定することになる。

図１に示すように、積層型構成又はサンドイッチ型構成で全体的に配列され、かつ、本発明のクロスフローコアチューブ１０に実質的に螺旋状に巻付けられた、膜シート１２、透過物キャリアシート材料１３、及びスペーサー要素１４の複数リーフ構造１５を含むフィルターエレメント１１が構築されることができ、したがって、螺旋状の巻付き式フィルターエレメント１１を形成する。同様に理解されるように、単一膜シート、単一透過物キャリアシート、及び単一スペーサー要素シートが、積層型構成で配列され、その後、コアチューブ上に折り畳まれ、かつ／又は、コアチューブに巻付けられて、螺旋状の巻付き式フィルターエレメントを形成することができる。例えば、シンク下のろ過システムでは、約１１４．３センチメートル（約４５インチ）〜約１２１．９センチメートル（約４８インチ）の透過物キャリアシート、約１０１．６センチメートル（約４０インチ）〜約１１４．３センチメートル（約４５インチ）の膜シート、及び給送チャネルスペーサーシートが、コアチューブに巻付けられて、シンク下ろ過タイプシステムで使用するフィルターエレメントを形成することができる。

フィルターエレメント１１のそれぞれのリーフ構造１５は、一般に、膜シートのベースシート１６が透過物キャリアシートに接触状態にあり、かつ、膜表面が透過物キャリアシートから外に向いた状態で、２つの半透性膜シート１２間に透過物キャリアシートを設置することによって形成されることになる。透過物キャリアシート材料は、更に、流れ長さ又は方向に膜シートを超えて延在するように、全体的に延長された長さを有する。各リーフを画定する膜シートと透過物キャリアシート材料との整列した側部縁２０は、一般に、巻付けプロセスの前又は後に接着剤又は他のシール材料によって閉鎖され、各リーフの残りの開口側は、クロスフローコアチューブ１０の方に方向付けされる。その後、スペーサー要素１４が、リーフ間に又はリーフに隣接して挿入され、その組立体が、クロスフローコアチューブに巻付けられることができ、又はクロスフローコアチューブの回りにラップされることができる。

本発明の１つの例示的な実施形態では、本発明のクロスフローコアチューブを有するフィルターエレメントを形成するとき、上記で論じたように、透過物キャリアシート材料は、一般に、２つの半透性膜間に配置され、１つ又は複数のスペーサー要素が、膜に貼付されて、螺旋状の巻付け式フィルターエレメントの「リーフ（leaf）」を形成し、リーフ構造は、リーフ構造の両側で、通常、対向端又は後端でシール材料によって縁シールされる。フィルターエレメントは、更に一般に、コアに巻付けられる１つ又は複数のリーフ構造からなることができ、給送チャネルスペーサー材料が、リーフ構造間に貼付されて、リーフの外側からの給送水用のクロスフロー経路を提供する。透過物キャリアシート材料の露出端は、その場合、通常、透過物キャリアシート材料の２回以上のラッピング又は巻付けでコアチューブに最初に巻付けられ、リーフ構造（複数の場合もある）が、コアチューブに更に巻付けられて、フィルターエレメントを形成する。フィルターエレメントは、一般に、格納容器内に設置されることになり、流入流体流によるフィルターエレメントのバイパスを防止するように、閉じ込め容器の回りに設置されたブラインシールも含むことができる。

フィルターエレメント１１を形成するようにリーフを巻付けた後に更に、カバーシート２５が、フィルターエレメントを覆って貼付され、積層され螺旋状に巻付けられた、膜及び透過物キャリアシート要素並びにスペーサーをカバーしシールする。代替的に又は付加的に、図２に示すように、フィルターエレメントは、チューブ又は他の同様なハウジング（２６の仮想線で示す）内に収容されることができる。このとき、フィルターエレメントは、フィルターエレメントの回りにシール配置構成で設置されるガスケット又はブラインシール２７から外に突出し、ガスケット又はブラインシール２７は、フィルターハウジング又は格納容器に係合して、フィルターエレメントを通してろ過液（filtration）を通過させることによって水の流入流を防止するのに役立つ。使用時、流入流は、送り込み圧力でフィルターに入り、膜シートのフィルター部分を通り、透過物キャリアシート材料の流れチャネルに沿ってコアチューブ１０まで通過して、透過物が収集され、取り出される。

使用時、コアチューブの端は、一般に、フィルターエレメントの端から突出することになり、また、コアチューブの中心流れ通路内に収集された透過物を取り出するように、放出チューブ又はシステムに接続されることになる。通常、コアチューブは大気圧下にあり、一方、流入流体は、フィード圧下にあり、フィード圧は、流入流体流を、フィルターエレメントシート又はリーフを介しコアチューブの流れ開口まで付勢又は方向付けする。結果として、ろ過された透過物は、半透性膜を通り、透過物キャリアシート材料の縦に整列した流れチャネル（複数の場合もある）内に、また、それに沿って引き込まれる。透過物は、コアチューブに形成された流れ凹所（複数の場合もある）に達するにつれて、クロスフローチューブの流れ凹所（複数の場合もある）内に流れ、流れ凹所（複数の場合もある）で収集される。その後、透過物は、流れ凹所の長さに沿って側方に引き込まれ、最も近い流れ開口に入り、取出用の流れ通路に入ることになる。

結果として、透過物キャリアシート材料は、側方流れチャネルを有することも、透過物キャリアシート材料を横切る透過物流の側方通過を可能にするようにその他の方法で構成されることも必要とされない。代わりに、透過物は、透過物キャリアシート材料の幅／広がりにわたって拡散されるのではなく、縦流れ通路に沿ってより効率的に引き込まれることができる。コアチューブは、さらに、織物又は編物又はトリコット材料を含む従来の透過物キャリアシート材料とともに使用されて、透過物キャリアシート材料を通る、改良された又はより効率的な流れを提供することができる。相応して、本発明は、流体ろ過システムで使用するコアチューブ組立体を提供し、コアチューブ組立体は、費用がかからないろ過材料の使用を可能にし、また、こうしたろ過エレメントからろ過済み透過物材料を取り出すときの高い効率を提供する。さらに、こうした方法に従って形成される透過物キャリアシート材料は、ヤーン、ストリング、樹脂材料、及び他の同様な材料等の種々の低コスト材料を使用して、より経済的な方法で構築することができ、リブ又はうね並びにリブ又はうねのそれぞれの間に画定されるチャネルの形成は、それに沿った透過物流体流の所望の流量に対処するのに必要とされる、所望のサイズ、幅、深さ、及び／又は構成で、こうしたリブ／うね及び流体流チャネルの作用（motion）を可能にするよう制御可能である。

上記の説明は、一般に、本発明の種々の実施形態を示し述べる。しかし、種々の変更及び修正が、本明細書で開示される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の上記で論じた構成に対して行うことができること、及び、上記説明に含まれ、添付図面で示される全ての事柄が、例示であるとして解釈され、限定的な意味で考えられるべきでないものとすることが当業者によって理解されるであろう。さらに、本開示の範囲は、上記の、また、本発明の範囲内に入ると考えられるものとする上述した実施形態に対する、種々の変更、組合せ、追加、代替等をカバーすると解釈されるものとする。したがって、本明細書で論じる本発明の種々の特徴及び特性は、選択的に相互交換され、本発明の他の示される実施形態及び示されない実施形態に適用することができ、多数の変形、変更、及び追加を、更に、添付特許請求の範囲で述べる本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に対して行うことができる。

Claims (19)

1. 流体ろ過システムのフィルターエレメントであって、
   該フィルターエレメント内に流れる流体をろ過する少なくとも１つの半透性膜シートと、
   前記少なくとも１つの膜シートの側部表面に沿って配置された少なくとも１つの透過物キャリアシートであって、該透過物キャリアシートに沿って、離間した間隔で形成され、かつ、ろ過された流体を前記少なくとも１つの膜シートから離れるように方向付けする一連のチャネルを画定する、一連のリブを有する、少なくとも１つの透過物キャリアシートと、
   前記少なくとも１つの膜シート及び前記少なくとも１つの透過物キャリアシートが巻付けられるコアチューブであって、本体に沿って画定される中央流れ通路を有する該本体と、該本体の少なくとも一部分に沿って延在する少なくとも１つの流れ凹所と、該少なくとも１つの流れ凹所に沿って配置された前記本体の少なくとも１つの流れ開口とを備える、コアチューブと、
   を備え、
   前記少なくとも１つの透過物キャリアシートの前記チャネルに沿って方向付けされる前記ろ過された流体は、前記本体の少なくとも一部分に沿って延在する前記少なくとも１つの流れ凹所で収集され、前記少なくとも１つの流れ開口に流れ、該少なくとも１つの流れ開口を通り前記中央流れ通路内に流れて、前記流体ろ過システムから前記ろ過された流体が放出される、流体ろ過システムのフィルターエレメント。
2. 前記少なくとも１つの透過物キャリアシートからの前記少なくとも１つの膜シートの反対側に沿って位置決めされた少なくとも１つのスペーサーを更に含む、請求項１に記載のフィルターエレメント。
3. 前記コアチューブは、該コアチューブの対向面上に配列された少なくとも２つの流れ凹所を含む、請求項１に記載のフィルターエレメント。
4. 前記流れ開口は、前記少なくとも１つの流れ凹所の長さに沿って、離間した間隔で形成された２〜６個の穴を備える、請求項１に記載のフィルターエレメント。
5. 前記少なくとも１つの流れ凹所は、前記少なくとも１つの流れ凹所に少なくとも部分的に沿って延在するスロット付き開口を備える、請求項１に記載のフィルターエレメント。
6. 積層され連続して配列され、かつ、前記コアチューブに螺旋状に巻付けられた、複数の膜シート、複数の透過物キャリアシート、及び一連のスペーサー、並びに、該螺旋状に巻付けられた膜シート、透過物キャリアシート、及びスペーサーに貼付されたカバーを更に備える、請求項１に記載のフィルターエレメント。
7. 前記螺旋状に巻付けられた膜シート、透過物キャリアシート、及びスペーサーの少なくとも一端に貼付されたシール材料を更に備える、請求項２に記載のフィルターエレメント。
8. 前記コアチューブは、前記シール材料が貼付された、前記螺旋状に巻付けられた膜シート、透過物キャリアシート、及びスペーサーの前記少なくとも一端で前記コアチューブの端に隣接して形成された収集溝を更に備える、請求項７に記載のフィルターエレメント。
9. 前記透過物キャリアシートは、基材を備え、前記一連のリブは、前記一連のリブの離間した間隔で配列された離散的な列において前記基材に貼付され、該基材に接合される、請求項１に記載のフィルターエレメント。
10. 前記リブは、接着剤によって、樹脂によって、又は該リブへの熱の印加によって該基材において接合される、請求項９に記載のフィルターエレメント。
11. 前記リブは、合成材料、プラスチック材料、又は樹脂材料の押出成形された構造として前記基材に貼付される、請求項９に記載のフィルターエレメント。
12. 前記透過物キャリアシートは、基材の表面上で重なり合う関係になるよう離間した列で給送されかつ該基材の表面に固着された、一連のヤーン又はストリングを備え、該ヤーン又はストリングは、前記リブを形成し、該リブ間に前記チャネルを画定するように選択的に離間され、該チャネルは、前記透過物キャリアシートに沿って延在する所望の構成を有する、請求項１に記載のフィルターエレメント。
13. フィルターエレメントであって、
    フィルターエレメント内に流れる流体をろ過する少なくとも１つの半透性膜シートと、
    前記少なくとも１つの膜シートの側部表面に沿って配置された少なくとも１つの透過物キャリアシートであって、該透過物キャリアシートに沿って、離間した間隔で基材に選択的に貼付され、かつ、ろ過された流体を前記少なくとも１つの膜シートから離れるように方向付けする一連の流体流れチャネルを画定する、一連のリブ材料を有する、少なくとも１つの透過物キャリアシートと、
    前記少なくとも１つの膜シート及び前記少なくとも１つの透過物キャリアシートが巻付けられるコアチューブであって、本体に沿って画定される中央流れ通路を有する該本体と、離間した間隔で配置された前記本体の１つの流れ開口とを備える、コアチューブと、
    を備え、
    前記少なくとも１つの透過物キャリアシートの前記チャネルに沿って方向付けされる前記ろ過された流体は、収集され、前記少なくとも１つの流れ開口に流れ、該少なくとも１つの流れ開口を通り前記中央流れ通路内に流れて、前記流体ろ過システムから前記ろ過された流体が放出される、フィルターエレメント。
14. 前記本体の少なくとも一部分に沿って延在する少なくとも１つの流れ方向付け溝を更に含み、前記流れ開口は、前記流れ方向付け溝に沿って配列される、請求項１に記載のフィルターエレメント。
15. 前記コアチューブは、該コアチューブの対向面上に配列された少なくとも２つの流れ方向付け溝を含む、請求項１４に記載のフィルターエレメント。
16. 前記流れ開口は、前記少なくとも１つの流れ方向付け溝の長さに沿って、離間した間隔で形成された２〜６個の穴を備える、請求項１４に記載のフィルターエレメント。
17. 前記流れ開口のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの流れ方向付け溝に少なくとも部分的に沿って延在するスロット付き開口を備える、請求項１４に記載のフィルターエレメント。
18. 前記透過物キャリアシートは、基材の表面上で重なり合う関係になるよう離間した列で給送されかつ該基材の表面に固着された、一連のヤーン又はストリングを備え、該ヤーン又はストリングは、前記リブを形成し、前記透過物キャリアシートに沿って延在する所望の構成を有する前記チャネルを画定するように選択的に離間される、請求項１４に記載のフィルターエレメント。
19. 前記リブは、合成材料、プラスチック材料、又は樹脂材料の押出成形された構造として前記基材に貼付される、請求項１４に記載のフィルターエレメント。