JP2016520001A - スパイラルクロスフロー濾過器 - Google Patents

Abstract

本開示では、スパイラルクロスフロー濾過器浸透チューブが述べられている。スパイラルクロスフロー濾過器は浸透チューブを含む。浸透チューブは、閉鎖された中間部分と、注入口部分の円筒壁の穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを含む中空注入口部分と、中空排出口部分とを含む。中空排出口部分は、当該排出口部分の円筒壁の穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを適宜含むことができる。【選択図】図９

Description

関連出願の相互参照
[0001]本特許出願は、参照によって本明細書に援用される２０１３年５月１７日出願の米国特許出願第１３／８９６，３７０号に対して、特許協力条約第８条に基づき優先権を主張する。

[0002]本開示は、向上させたスパイラルクロスフロー濾過器およびスパイラルクロスフロー濾過器に関与する方法に関する。

[0003]クロスフロー濾過方式は、「デッドエンド（dead end）」濾過器を詰まらせる可能性のある量の固形物を流体が運ぶ際に使用することができるタイプの膜濾過方式である。クロスフロー濾過方式は、デッドエンド濾過方式とは異なる。デッドエンド濾過方式では、供給物は、膜またはベッドを通過させられ、それによって残渣物が膜またはベッド中に捕らえられ、濾過液が膜またはベッドを通じて放出される。一般にデッドエンド濾過方式では、供給流体が濾過器を出る唯一の方法は、膜を通過することである。しかし、クロスフロー濾過方式では、供給物は、供給物と膜の他方側における濾過液との間のある圧力差、濃度差、または他の差の下で、（濾過器膜に対して接線方向に）濾過器膜の全域を通過させられる。膜の細孔サイズより小さい物質は、濾過液として膜を通過する。供給物のいくらかが残渣物として膜中に、またはその上に捕らえられ、一方残された供給流れが、膜を通過することなく、膜中またはその上に捕らえられたままになることもなく、供給側で濾過器の全域を通過する。濾過器から出る濾過されていない供給流れは、濾過液とは分離されたままであり、戻して濾過器を通じて再循環させることができる。この動作モードは、「目詰まり（blinding）」のリスクを生じる固形物を含む供給物について使用することができる。目詰まりは、膜上への濃縮液の蓄積であり、これが、汚れ、かつ／または濾過器の有効性を低下させる。デッドエンド濾過方式の場合、固形物質が直ちに濾過器表面の目詰まりとなる可能性があり、供給流れは、それ以上膜を通過することができず、濾過器の効果がなくなる。クロスフロー濾過方式の場合、膜の全域における大部分の流体の接線方向運動によって、濾過器表面上に捕らわれた粒子が、接線方向の供給流れによって除去される。これは、クロスフロー濾過器が、デッドエンド濾過器と比較して、比較的高い固形物負荷の下で目詰まりが低減された状態で、連続的に動作することができることを意味する。

[0004]クロスフロー濾過器装置は、プレート、中空ファイバ、チューブおよびスパイラルを含む、多くの形状を取ることができる。スパイラルクロスフロー濾過方式装置は、「ゼリーロール（jelly roll）」タイプの設計で浸透チューブのまわりに巻かれた濾過器媒体を含むことができる。「スパイラル（spiral）」濾過器の端部を見たとき、濾過器要素の個々の薄片の端の縁部は、中心軸のまわりを回る点によって描かれる平面曲線を作るが、距離がそれからますます大きくなる。各「薄片（leaf）」は基本的に中空であって、濾過器媒体から作られる「囲い（envelope）」のようである。スパイラルクロスフロー濾過器では、供給流体は、浸透チューブに対して平行に流れる。供給流れは、濾過器媒体の全域で薄片の「囲い」の１つに入る。濾過された流体または浸透液は、媒体および薄片「囲い」内部の媒体の間のスパイラルを通り抜けて、浸透チューブ中に入る。浸透液は、浸透チューブを通じて濾過器から出て、濾過器から別に出る残された供給流れとは分離されたままとなる。

[0005]クロスフロー膜濾過方式の技術は、世界的に広く産業で使用されている。クロスフロー濾過方式は、たとえばマイクロ濾過方式、ウルトラ濾過方式、ナノ濾過方式および逆浸透で使用することができる。しかし、向上したクロスフロー濾過器装置に対する必要性が依然として存在する。

[0006]本開示で述べる実施形態は、外側円筒シェルと、シェル内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された浸透円筒チューブとを含むスパイラルクロスフロー濾過器を含む。また、濾過器は、外側シェルと浸透チューブとの間の環帯内に配置された環状のひだ付き濾過器要素を含むことができる。濾過器要素は、外側シェルに隣接する膜材料の第１の層と、浸透チューブに隣接する浸透スペーサ材料の第２の層とを含む合成濾過器材料を含むことができる。濾過器要素のひだは、複数の円周方向に隔置された半径方向薄片を画定することができ、それぞれが、その近位縁部で浸透チューブに対する取り付け部を含む。複数の薄片は、「スパイラル」構成で浸透チューブのまわりに巻くことができる。

[0007]開示する発明は、この発明の概要で述べた実施形態に限定されないことを理解されたい。本発明は、請求項によってのみ定義されるような本発明の範囲内に含まれる修正および他の主題を包含すると意図する。

[0008]開示する非限定の実施形態の様々な特性および特徴は、次の図を参照するとより良く理解することができる。

[0009]本開示によるスパイラルクロスフロー濾過器の実施形態の概略分解斜視図である。 [0010]図１に示すようなクロスフロー濾過器の合成濾過器要素を作り上げる膜および浸透スペーサ材料の概略図である。 [0011]部分的にひだ付きの構成で例示された、図２に示す材料の合成サンドイッチ構造体の概略図である。 [0012]浸透チューブに取り付けられた濾過器要素のひだ付きの合成サンドイッチ構造体の縁部を例示する、図１に示すクロスフロー濾過器の概略部分横断面図である。 [0013]浸透チューブに取り付けられた濾過器要素のひだ付きの合成サンドイッチ構造体の縁部を例示する、図１に示すクロスフロー濾過器の概略部分斜視図である。 [0014]浸透チューブに取り付けられ、供給スペーサを有する濾過器要素のひだ付きの合成サンドイッチ構造体の縁部を例示する、図１に示すクロスフロー濾過器の概略部分斜視図である。 [0015]図１に示すクロスフロー濾過器の端面キャップの概略端面図である。 [0016]図７でライン「Ａ−Ａ」に沿って取った、スパイラル濾過器に取り付けられた端面キャップを示す概略断面図である。 [0017]閉鎖された中間部分と、浸透チューブの注入口および排出口の端に向けて配置される環状マニフォールドを形成する、半径方向に変位された穿孔された区画とを含む浸透チューブの概略横断側面図である。 [0018]図９に示す浸透チューブの概略部分斜視図である。 [0019]図９に示す浸透チューブの注入口端の概略部分横断側面図である。 図９に示す浸透チューブの排出口端の概略部分横断側面図である。 [0020]環状マニフォールドに隣接する浸透チューブの外側円筒表面に取り付けられた複数の円周方向に隔置された薄片を含むひだ付き濾過器要素を備えた、図９に示す浸透チューブの概略部分斜視図である。 [0021]外側円筒シェルと同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された図９に示す浸透チューブと、浸透チューブの外側円筒表面に取り付けられた複数の円周方向に隔置された薄片を含む環状のひだ付き濾過器要素とを含む濾過器の注入口部分の概略横断端面図である。 外側円筒シェルと同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された図９に示す浸透チューブと、浸透チューブの外側円筒表面に取り付けられた複数の円周方向に隔置された薄片を含む環状のひだ付き濾過器要素とを含む濾過器の排出口部分の概略横断端面図である。 [0022]円周方向に隔置された薄片の浸透チューブに対する取り付け部を例示する、図９および１３Ａに示す浸透チューブの注入口部分および濾過器要素組立体の概略部分横断軸方向図である。 円周方向に隔置された薄片の浸透チューブに対する取り付け部を例示する、図９および１３Ｂに示す浸透チューブの排出口部分および濾過器要素組立体の概略部分横断軸方向図である。 [0023]円周方向に隔置された薄片を通る接線方向流れを例示する、図９および１３Ａに示す浸透チューブの注入口部分および濾過器要素組立体の概略部分横断側面図である。 [0024]円周方向に隔置された薄片を通る接線方向流れを例示する、図９に示す浸透チューブおよび濾過器要素組立体の概略側面図である。

[0025]本明細書に開示する実施形態の様々な記述は、開示する実施形態のはっきりとした理解に適切な、それらの要素、特徴および態様のみを例示するように簡単化しており、さらに明確さのために、他の要素、特徴および態様を除外していることを理解されたい。当業者は、開示する実施形態に関する本明細書を検討する際、他の要素および／または特徴が、開示する実施形態の特定の実施または応用に望ましいことがあり得ることを認識されるはずである。しかし、そのような他の要素および／または特徴は、当業者が、開示する実施形態に関する本明細書を検討する際、直ちに確認することができ、実施することができ、したがって開示する実施形態を完全に理解するために必要ないので、そのような要素および／または特徴の記述は、本明細書に提示しない。そのように、本明細書に述べる記述は、単に例証的であり、かつ開示する実施形態を例示するものであり、請求項によってのみ定義されるような本発明の範囲を限定しないと意図することを理解すべきである。

[0026]本開示では、他に示されていない限り、量または特性を表すすべての数字は、すべての実施例で用語「約（about）」によって前置きされる、または修飾されるものと理解すべきである。それに応じて、その反対が示されていない限り、次の記述に述べるいずれもの数字で表すパラメータは、本開示による本実施形態で得ようと求める所望の性質に依存して、変化することができる。最低限でも、同等物の原理の請求項の範囲に対する適用を限定する試みとしてではなく、本明細書に述べる各数字で表すパラメータは、報告される有効数字の数を考慮し、通常の丸め技法を適用することによって、少なくとも解釈すべきである。

[0027]また、本明細書で記載されるいずれもの数値範囲は、その中に包含されるすべての部分的な範囲を含むと意図する。たとえば、「１〜１０」の範囲は、１と記載された最小値と１０と記載された最大値（およびそれらを含む）の間のすべての部分的な範囲を含む、すなわち１以上の最小値および１０以下の最大値が含まれる。本明細書に記載されるいずれもの最大数値限界は、その中に包含されるすべてのより低い数値限界を含むと意図し、本明細書に記載されるいずれもの最小数値限界は、その中に包含されるすべてのより高い数値限界を含むと意図する。それに応じて、出願者等は、本明細書にはっきりと記載された範囲内に包含されるいずれもの部分的な範囲をはっきりと記載するために、請求項を含む本開示を補正する権利を留保する。すべてのそのような範囲は、いずれものそのような部分的な範囲をはっきりと記載するための補正が、記述要件の十分性に適合することになるはずのように、本明細書に本来開示されていると意図する。

[0028]文法的冠詞「１つ（one）」、「１つ（a）」、「１つ（an）」および「その（the）」は、本明細書で使用するとき、他に示されていない限り、「少なくとも１つ（one）」または「１つまたは複数（one or more）」を含む。それゆえに、冠詞は、冠詞の文法的目的語の１つ（すなわち、少なくとも１つを言う）より１つまたは複数を言うように本明細書で使用する。例として、「１つの構成要素」は、「１つまたは複数の構成要素」を意味し、それゆえに恐らく、１つより多い構成要素が予期され、述べる実施形態の実装形態で用いる、または使用することができる。

[0029]参照によって本明細書に援用されると言われる、いずれもの特許、公表文献または他の開示資料は、全体または一部として、その全体が本明細書に援用されるが、しかし援用される資料が、本開示ではっきりと述べる既存の定義、主張または他の開示資料と矛盾しない範囲においてのみ援用される。そのように、必要な範囲において、本明細書に述べる明確な開示は、参照によって本明細書に援用されるいずれもの矛盾する資料に優先する。参照によって本明細書に援用されると言われるが、しかし本明細書に述べる既存の定義、主張または他の開示資料と矛盾する、いずれもの資料またはその一部分は、矛盾が、その援用される資料と既存の開示資料の間で生じない範囲だけにおいて援用される。

[0030]本開示は、実施形態の様々な異なる特徴、態様および特性を含む、様々な実施形態の記述を含む。本明細書に述べるすべての実施形態は、例証的、例示的および非限定のものであることを理解すべきである。それゆえ、本発明は、様々な例証的な、例示的な、および非限定の実施形態によって限定されない。むしろ、本発明は、請求項によってのみ定義され、それは、本開示にはっきりと、または内在的に述べる、またはそうでなければ本開示によってはっきりと、または内在的にサポートされる、いずれもの特徴、態様および特性を記載するために補正することができる。

[0031]さらに、本明細書に提示する図は、本開示の非限定の実施形態を表す。図は、尺度または比率に従って描かれておらず、様々な実施形態を理解する助けとするためだけに提供されており、本開示の範囲を限定すると解釈すべきでない。

[0032]本明細書に述べる実施形態は、全体的に、たとえば液体（たとえば水）または気体（たとえば空気）など、流体から汚染物質を除去するための装置に関する。また、本明細書に述べる実施形態は、他の流体と関連する有用性を見出すことができる。たとえば、浄化される、またはそうでなければ濾過される流体は、いずれかの化学的、工業上の、または生物学的な流体とすることができる。「汚染物質（contaminant）」は、一般に本明細書で使用する際、流体中のいずれかの不要な作用物質を言う場合がある。たとえば、「汚染物質」は、ただし、これらに限定されないが、いずれかの固形物および破片、重金属、多環芳香族、ハロゲン化多環芳香族、ミネラル、ビタミン、およびウイルス、真菌（たとえばカビおよび酵母菌）を含む微生物または病原菌（さらにまた嚢胞および胞子を含む、微生物の生殖型）、タンパク質および核酸、有機薬品および無機薬品を含む殺虫剤および他の農薬、および溶解塩を含むことができる。

[0033]「汚染物質を除去すること」または「汚染物質を減少させること」は、一般に本明細書で使用するとき、汚染物質を物理的に、または化学的に除去する、減少させる、不活性化することによって、またはそうでなければ１つまたは複数の汚染物質を無害にすることによっていずれにせよ、流体中の１つまたは複数の汚染物質を無害にする、またはそれを除去することを言う。さらに、本開示は、様々な態様をさらに構想し、特定の実施形態は、１つまたは複数の汚染物質を除去するが、しかし１つまたは複数のタイプ、グループ、カテゴリを特に除く、またはその上、特に識別される汚染物質を除く。たとえば、様々な態様では、「汚染物質を除去すること」は、１つまたは複数の特定の汚染物質を含むことができる、または１つだけの特定の汚染物質を含むことができる、あるいは１つまたは複数の汚染物質を特に除くことができる。

[0034]図１は、本開示の様々な実施形態によるスパイラルクロスフロー濾過器１の実施形態を描く。これらの実施形態は、外側円筒シェル３と、シェル３内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された多孔質の浸透円筒チューブ４とを有する。これらの実施形態は、外側シェル３と浸透チューブ４の間の環帯６内に配置された環状のひだ付き濾過器要素５をさらに有する。濾過器要素５は、複数の薄片７および複数の供給スペーサ８から形成される。例示を容易にするために、図１に示す薄片７および供給スペーサ８は、完全に巻かれておらず、「スパイラル」または「ゼリーロール」構成でしっかりとパッケージされていない。クロスフロー濾過器１の様々な実施形態は、端面キャップ２を含むことができる。

[0035]ここで図２を参照すると、濾過器要素は、少なくとも膜材料９の第１の層と浸透スペーサ材料１０の第２の層とを有する合成サンドイッチ構造体を含むことができる。図１に例示するようなスパイラル濾過器では、膜材料９の第１の層は、外側シェル３に隣接させることができ、浸透スペーサ材料１０の第２の層は、浸透チューブ４に隣接させることができる。ここで図３を参照すると、合成サンドイッチ構造体の濾過器要素５は、両方の層を含むことができ、ひだを付けることができる。ひだ付き濾過器要素５は、浸透チューブ４のまわりに配置することができる。濾過器要素５のひだは、一度浸透チューブ４のまわりに配置されると、複数の連続的な、円周方向に隔置された半径方向薄片７を画定することができる。一度濾過器要素５が浸透チューブ４のまわりに配置されると、薄片７は、同一方向で浸透チューブ４のまわりに巻くことができる。薄片７は、たとえば外側シェル３および／または端面キャップ２によって巻かれた位置に維持することができる。様々な実施形態では、濾過器要素５は、浸透チューブ４に取り付けなくてもよい。様々な実施形態では、各薄片７は、その近位縁部１１で浸透チューブ４に対する取り付け部１２を有することができる。一度取り付け部が形成されると、複数の薄片７は、同一方向で浸透チューブ４のまわりに巻くことができる。図４は、浸透チューブ４に取り付けられた濾過器要素５の部分横断面図を示す。図４は、浸透チューブ４の一部分だけを、かつ複数の薄片７中の２つだけを示す。濾過器要素５は、近位縁部１１で取り付け部１２を含む。各薄片７は、一度浸透チューブ４に取り付けられると、２つの層９、１０を有する「中空囲い」として述べることができる。

[0036]図６は、浸透チューブ４に取り付けられた濾過器要素５の２つの薄片７を示す。２つの薄片７だけを示しているが、様々な実施形態は、より多くの薄片７を浸透チューブ４の周囲のまわりに取り付けることができる。図６では、薄片７は、矢印１３によって示す同一方向で浸透チューブ４のまわりに部分的に巻くことができるが、しかし最終的な「スパイラル」または「ゼリーロール」構成で完全に巻かれない。図６に示す濾過器要素５は、２つの薄片７の間中に挿入された供給スペーサ８をさらに含む。様々な実施形態では、濾過器要素５は、複数の薄片７のそれぞれの間に供給スペーサ８を含む。供給スペーサ８の目的は、薄片７の間の分離を維持して、濾過器要素５の長さを通る供給流れ経路を確立することである。供給スペーサ８によって容易にされるクロスフローは、集まった残渣物によって汚れる、または目が塞がらないように膜９を保つように支援する。

[0037]図５および６は、浸透チューブ４および濾過器要素５の端の部分斜視図を示す。図５では、薄片７は、浸透チューブ４のまわりにまだ巻かれていない。図６では、薄片７は、浸透チューブ４のまわりに部分的に巻かれている。ここで図５および６を参照すると、様々な実施形態では、複数の薄片７のそれぞれは、縁部１５（注入口縁部および／または排出口縁部）に接合部１４を有し、接合部１４は、膜材料９と浸透スペーサ材料１０を一緒に密閉する。用語「密閉する（seal）」または「密閉される（sealed）」は、本明細書で使用するとき、実質的に流体不浸透性の密閉が形成されるが、しかし材料は、必ずしも一緒に接合されないことを意味する。用語「接合する（bond）」または「接合される（bonded）」は、本明細書で使用するとき、述べる材料は、たとえば接着剤、またはたとえば超音波溶接などのある接合技法を用いて物理的に、および／または化学的に一緒に接合されるので、実質的に流体不浸透性の密閉が形成されることを意味する。また、図５および６に示す薄片７は、薄片７の近位縁部１１に沿った取り付け部１２を含む。一度縁部１５で接合され、浸透チューブ４に取り付けられると、２つの層を有する「中空囲い」が形成される。縁部の接合部１４は、ひだを付けた後、浸透チューブ４に取り付ける前、または浸透チューブ４に取り付けた後に形成することができる。各薄片７の縁部１５は、一緒に接合され、けれども近位縁部１１は、それら縁部が浸透チューブ４に対する取り付け部１２を形成するところで、わずかに隔てられる。したがって、様々な実施形態では、各薄片７の近位縁部１１の近くで小さいギャップ１６を形成することができる。そのような実施形態では、ギャップ１６は、端面キャップ２の内側部分２０によってカバーし密閉することができる。様々な実施形態では、端面キャップ２は、各薄片７の一部分に接合されて、ギャップ１６がカバーされて密閉される。

[0038]ここで図５を参照すると、複数の薄片７が少なくとも１つのひだ付き濾過器要素５から形成されるので、薄片７は、ひだ付き濾過器要素５の端１７が互いに合うところを除き、連続的である。図５では、濾過器要素５の各端１７によって、薄片７の半分が作り上げられる。したがって、様々な実施形態では、少なくとも１つの薄片７は、遠位縁部１９で接合部１８を有することになり、それによって、ひだ付き濾過器要素５の２つの端１７が互いに結合され、端１７を備える薄片７が形成される。様々な実施形態では（図示せず）、ひだ付き濾過器要素５の各端１７は、完全な薄片７の端になり、薄片７の半分にならない。そのような実施形態では、端１７は、近位縁部１１で取り付け部１２を形成する。濾過器要素５の端１７は、完全な薄片７の端になり、薄片７は、ひだ付き濾過器要素５の端１７を互いに結合することによって形成されない。

[0039]様々な実施形態では、接合部１４、１８および取り付け部１２は、接着剤を含まない。様々な実施形態では、接合部１４、１８および取り付け部１２は、超音波接合部、熱接合部、ＩＲ接合部、無線周波数接合部およびマイクロウェーブ接合部からなる群から選択される。様々な実施形態では、接合部１４、１８および取り付け部１２は、超音波接合部である。様々な実施形態では、取り付け部１２は、近位縁部１１で各薄片７の膜９の材料と浸透スペーサ１０の材料を浸透チューブ４に対して接合する超音波接合部である。様々な実施形態では、接合部１４、１８は、縁部１５および遠位縁部１９で各薄片７の膜９の材料と浸透スペーサ１０の材料を接合する超音波接合部である。様々な実施形態では、超音波接合部を含む濾過器構成要素は、本明細書に記載する高分子のいずれかを含む、同じ基本高分子から形成することができる。様々な実施形態では、構成要素は、超音波接合または溶接の目的に適合する基本高分子から形成することができる。これらの構成要素は、膜９の材料、浸透スペーサ１０の材料、浸透チューブ４、端面キャップ２および外側シェル３を含む。また、これらの構成要素は、供給スペーサ８および本明細書に述べるいずれかの他の構成要素を含むことができる。

[0040]図１および６に示すように、様々な実施形態では、供給スペーサ８は、波形の熱可塑性シートから形成される。供給スペーサ８の波形によって、平坦な網細工または他の材料と比較して、供給流れ経路中の流れ制限をより少なくする流れチャネルが確立される。驚くべきことに、波形の供給スペーサ８を使用すると、濾過器１の全域での流れを釣り合わせて、濾過器１がより大きいクロスフロー量、より高い粘度の流体およびより多い量の供給固形物を扱うことを可能にする助けになり、さらに同時に目詰まりを防止する助けになることが発見された。様々な実施形態では、供給スペーサ８を形成する波形の熱可塑性シートは、多孔質である。「多孔質（porous）」は、本明細書で使用するとき、顕微鏡的な孔から巨視的な孔までの開口部の範囲を含む。様々な実施形態では、開口部は、たとえば押出熱可塑性網を含む開口格子から形成される。開口部は、供給スペーサ８の材料が作られるとき、現場で形成することができる、または開口部は、供給スペーサ８の材料が作られた後、機械的または化学的な方法（たとえば打ち抜き、穴あけ、ドリル穴あけ、穿孔など）によって生成することができる。様々な実施形態では、供給スペーサ８を形成する波形の熱可塑性シートは非多孔質であって、実質的に流体不浸透性である。

[0041]様々な実施形態では、供給スペーサ８は、織り目加工のされていない波形の熱可塑性シートから形成される。用語「織り目加工のされていない（non-textured）」は、本明細書で使用するとき、巨視的レベルで実質的に滑らかな表面を含む。様々な実施形態では、波形の熱可塑性シートは織り目加工される。用語「織り目加工される（textured）」は、本明細書で使用するとき、巨視的レベルで可視の形状を生じさせた表面を含む。織り目加工されたシートは、本明細書に述べるようなスパイラルクロスフロー濾過器の動作に役立つことができる乱流を流体流れ中に生成する助けになることができる。波形の供給スペーサの実施例は、Ｓａｗａｄａ他に与えられ、参照によって本明細書に援用される米国特許第４，８３４，８８１号に見ることができる。

[0042]様々な実施形態では、波形の熱可塑性シートは、大きさが０．５０８ｍｍ〜６．３５ｍｍ（０．０２インチ〜０．２５インチ）であり、波長が０．５０８ｍｍ〜６．３５ｍｍ（０．０２インチ〜０．２５インチ）である。様々な他の実施形態では、波形の熱可塑性シートは、大きさが１．２７ｍｍ〜３．８１ｍｍ（０．０５インチ〜０．１５インチ）であり、波長が１．２７ｍｍ〜３．８１ｍｍ（０．０５インチ〜０．１５インチ）である。様々な実施形態では、供給スペーサ８は、ポリビニリデンフルオライド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ナイロン、エチレン塩化三フッ化エチレン、フッ化エチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシ、ポリエーテルエーテルケトン、硫化ポリシニデレン（polysynidilenesulfide）、ポリカーボネートおよび共重合体、およびそれらのいずれかの混合物からなる群から選択される熱可塑性物から作られる。

[0043]図７は、端面キャップ２の端面図を示す。様々な実施形態は、浸透チューブ４の注入口端上の注入口端面キャップ２と、浸透チューブ４の排出口端上の排出口端面キャップ２とを含むことができる。端面キャップ２は、浸透チューブ４の注入口端または排出口端を密閉する内側部分２０を有する。様々な実施形態では、また、内側部分２０は、薄片７の近位縁部１１の近くでギャップ１６を密閉し薄片７の一部に接合することができる。また、端面キャップ２は、注入口の流体流れを複数の薄片７の注入口縁部１５に向けて導く、または複数の薄片７の排出口縁部１５から排出口へ流体流れを導く少なくとも１つの開口部分２１を有する。様々な実施形態は、浸透チューブ４の少なくとも排出口端に取り付けられた排出口端面キャップ２を含むことができ、排出口端面キャップ２は、浸透チューブ４から流れる浸透液の流体流れを、複数の薄片７の排出口縁部１５から流れる排出口への流体流れから分離するように構成される構造体を有する。

[0044]ここで図８を参照すると、様々な実施形態では、端面キャップ２は、浸透チューブ４の端に接合されて、それを密閉する。様々な実施形態では、注入口側で、端面キャップ２の内側部分２０が閉じられているので、流体が注入口端で浸透チューブ４に入らない。排出口側で、端面キャップ２の内側部分２０が開いているので、浸透液は濾過器１を出ることができる。様々な実施形態では、浸透チューブ４の注入口と排出口の端の両方が開いており、端面キャップ２の内側部分２０によって閉鎖されない。様々な実施形態では、浸透チューブ４の中間部分が閉鎖される。そのような実施形態では、流体は、浸透チューブ４の注入口端に流入する。閉鎖された中間部分によって、流体は浸透チューブから薄片７中に押し流される。流体は、一度薄片中に入ると、浸透チューブ４に対して平行に流れ薄片中に留まる。そのような実施形態では、濾過された流体は、供給側から浸透液側に、または浸透液側から供給側に通過することができる。流体は、浸透チューブの閉鎖された中間部分から下流で浸透チューブ４に再び入る。様々な他の実施形態では、浸透チューブ４の両端は、開いており、両端は排出口端である。これによって、流体流れの制限が減少される、というのは膜９を横断し、薄片７に入り、次いで浸透チューブ４に入る流体は、浸透チューブ４からどちらかの端で出ることができるからである。

[0045]図８では、濾過器要素５は、網掛け部分によって示す。複数の薄片７は、同一方向で浸透チューブ４のまわりに巻かれるが、しかし個々の薄片７は、この図に示していない。図８に例示するような実施形態では、端面キャップ２のリブ２２が、薄片７の縁部１５に接合されない。様々な実施形態では、リブ２２は、濾過器要素５の複数の薄片７の縁部１５に接合される。前に言及したように、また、端面キャップ２の内側部分２０は、密閉する、または薄片７の一部分に接合することができ、そこではギャップ１６を含むことができる。

[0046]外側円筒シェル３は、剛性の熱可塑性物、ガラスファイバまたは金属チューブから作ることができる、またはたとえば、ただしこれらに限定されないが、テープなどの非剛性の材料から作ることができる。様々な実施形態では、外側円筒シェル３は、薄片７が浸透チューブ４のまわりに巻かれた後、形成することができる。そのような実施形態では、シェル３は、ガラスファイバなどの柔軟な材料を濾過器要素５のまわりに巻くことによって形成することができる。どちらの場合でも、端面キャップ２の外側部分２３が、外側円筒シェル３と密閉される。様々な実施形態では、端面キャップ２の外側部分２３は、さらに、シェル３に接合することができる。様々な実施形態では、注入口端面キャップ２および排出口端面キャップ２は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合およびマイクロウェーブ接合からなる群から選択される方法によって、少なくとも浸透チューブ４に接合される、およびまた場合によってはシェル３に接合される。

[0047]動作の際、供給流れは、濾過器要素５の薄片７の注入口縁部１５で導かれる。供給流れは、端面キャップ２中の開口部２１を通ってスパイラル濾過器１に入ることができる。供給流れは、注入口縁部１５で薄片７の間中で導かれる。供給スペーサ８によって薄片７の間中にスペースを維持することができる。濾過液は、膜９を通過して、浸透チューブ４のまわりに巻かれた薄片７のいずれかに沿ったいずれかのポイントで薄片７に入ることができる。濾過液は、圧力差、濃度勾配またはいずれかの他の手段によって膜９を通過させることができる。一度濾過液が薄片７の膜９を通過すると、濾過液は、その薄片７内に留まる。濾過液は、薄片７の内部にある間、浸透チューブ４に向けて押し流される。薄片７の内部にある間、濾過液は、多孔質の浸透チューブ４に入ることができるように、最終的に浸透スペーサ１０を通過しなければならない。浸透チューブ４は、各薄片７の内部と流体が連通しているように、その長さの少なくとも一部分の間で多孔質である。濾過液は、一度浸透チューブ４の内部にあると、浸透チューブ４の排出口端を通って濾過器１から流出する。濾過液は、薄片７に入らなかった濾過器１から出る供給流れとは分離されたままとなる。薄片７に入らなかった供給流れは、濾過器要素５の薄片７の排出口縁部１５を通り過ぎてスパイラル濾過器１を出る。薄片７に対して接線方向に流れる濾過されていない供給定常流は、濾過器表面の膜９から残渣物を除去する、または運び去る助けになり、膜９が目詰まりとならないようにする。様々な実施形態では、残された供給流れは、排出口端面キャップ２中の開口部２１を通って濾過器１を出る。濾過されていない供給流れは、最終的に注入口端面キャップ２を通じてスパイラル濾過器１中に戻して再循環させることができる。

[0048]様々な実施形態では、本明細書に述べるような濾過器は、クロスフロー量（流体速度として測定される）を３ｍ／ｓｅｃ以上とすることができる。様々な実施形態では、本明細書に述べるような濾過器は、クロスフロー量を５ｍ／ｓｅｃ以上とすることができる。様々な実施形態では、本明細書に述べるような濾過器は、クロスフロー量を１ｍ／ｓｅｃ以下とすることができる。様々な実施形態では、本明細書に述べるような濾過器は、クロスフロー量を１ｍ／ｓｅｃから５ｍ／ｓｅｃに、または１ｍ／ｓｅｃから３ｍ／ｓｅｃにすることができる。様々な他の実施形態では、本明細書に述べるような濾過器は、クロスフロー量を２０ｃｍ／ｓｅｃから１００ｃｍ／ｓｅｃにすることができる。

[0049]様々な実施形態では、本明細書に述べるようなクロスフロー濾過器は、スパイラル直径に対する薄片高さの割合を３以下とすることができ、いくつかの実施形態では、２．５以下とすることができ、および他の実施形態では、２以下とすることができる。「薄片高さ（leaf height）」は、本明細書で使用するとき、たとえば図４および５に示すように、薄片が浸透チューブから半径方向に広がったとき、薄片の近位縁部の間のポイントから薄片の遠位縁部までの距離を言う。「スパイラル直径（spiral diameter）」は、本明細書で使用するとき、本明細書に述べるような濾過器の直径の長さを言い、浸透チューブの外側縁部から外側円筒シェルの内側縁部までが測定される。

[0050]本明細書に述べるような濾過器は、様々な濾過用途のために使用することができる。様々な実施形態では、スパイラルクロスフロー濾過器の膜材料は、マイクロ濾過方式材料、ウルトラ濾過方式材料、ナノ濾過方式材料および逆浸透材料からなる群から選択される材料から作ることができる。「マイクロ濾過方式材料（microfiltration material）」は、本明細書で使用するとき、１０ミクロンより小さい０．０１ミクロンまでの粒子の大部分を、通常９０％より高い効率で除去する多孔質の濾過器材料として定義される。「ウルトラ濾過方式材料（ultrafiltration material）」は、本明細書で使用するとき、マイクロ濾過方式材料と同様に作用することに加えて、約１００万ダルトンから１０００ダルトンより小さいまでの分子の大部分を、通常９０％より高い効率で除去する多孔質の濾過器材料として定義される。「ナノ濾過方式材料（nanofiltration material）」は、本明細書で使用するとき、ウルトラ濾過方式材料として作用することに加えて、多価イオンの大部分を、通常９０％より高い効率で除去する多孔質の濾過器材料として定義される。「逆浸透材料（reverse osmosis material）」は、本明細書で使用するとき、ナノ濾過方式材料として作用することに加えて、一価イオンの大部分を、通常９０％より高い効率で除去する多孔質の濾過器材料として定義される。

[0051]本明細書に述べるような濾過器は、本明細書に列挙したタイプの濾過方式に適するいずれかの知られた材料を用いて役立つことができる。様々な実施形態では、膜材料は、マイクロ濾過方式材料およびウルトラ濾過方式材料からなる群から選択することができる。様々な実施形態では、膜材料は、ポリビニリデンフルオライド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ナイロン、エチレン塩化三フッ化エチレン、フッ化エチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、硫化ポリシニデレン（polysynidilenesulfide）およびポリカーボネートからなる群から選択される材料から形成することができる。様々な実施形態では、膜材料は、ポリビニリデンフルオライドおよびポリエーテルスルホンからなる群から選択することができる。

[0052]図９〜１１Ｂを参照すると、浸透チューブ１０４は、注入口部分１２０と排出口部分１３０を分離する中間部分１４０を含む。浸透チューブ１０４の中間部分１４０は、閉鎖されて、浸透チューブ１０４の全長さを通る流体流れが許されない。その代わりに、閉鎖された中間部分１４０によって、流体は、浸透チューブ１０４の注入口端１２５を通って入り、注入口部分１２０の軸方向に変位された区画１５３中に形成されたパーフォレーション１５５を通って出るように押し進められる。図１１Ａを参照すると、浸透チューブ１０４の注入口端１２５を通って入る流体は、矢印１６０によって描かれている。流体流れ１６０は、浸透チューブ１０４の注入口部分１２０中の中空内腔１５７に流入し、矢印１６５によって描いたように、注入口部分１２０の円筒壁における軸方向に変位された区画１５３中のパーフォレーション１５５を通って押し出される。

[0053]浸透チューブ１０４の注入口部分１２０から押し出された流体流れ１６５は、環状のひだ付き濾過器要素の円周方向に隔置された薄片に入る（図１２〜１６に関連して以下により詳細に述べる）。流体は、一度濾過器要素の薄片中に入ると、浸透チューブ１０４の閉鎖された中間部分１４０に対して接線方向に流れる（図１５および１６参照、以下に述べる）。図１１Ｂを参照すると、流体は、濾過器要素の薄片を通って接線方向に流れた後、矢印１７５によって描くように、排出口部分１３０の円筒壁における軸方向に変位された区画１５３中のパーフォレーション１５５を通って浸透チューブに再び入る。パーフォレーション１５５を通って浸透チューブ１０４の排出口部分１３０に流入した流体流れ１７５は、排出口部分１３０中の中空内腔１５７中で混ざり合い、矢印１７０によって描くように、排出口端１３５を通って浸透チューブ１０４から出る。

[0054]浸透チューブ１０４の注入口部分１２０および排出口部分１３０は、それぞれ注入口部分１２０および排出口部分１３０の半径方向に変位された区画１５３によって形成された環状に形作られたマニフォールド１５０を含む。注入口部分１２０および排出口部分１３０の半径方向に変位された区画１５３は、中間部分１４０の外側円筒表面１４７に対して半径方向に変位されている。また、注入口部分１２０および排出口部分１３０の半径方向に変位された区画１５３は、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７および排出口部分１３０の外側円筒表面１３７それぞれに対して半径方向に変位されている。半径方向に変位された区画１５３は、浸透チューブ１０４の外側円筒表面から離れて内部に、かつ注入口部分１２０および排出口部分１３０の中空内腔１５７に向けて半径方向に変位されている。

[0055]浸透チューブ１０４の注入口部分１２０および排出口部分１３０の円筒壁中のパーフォレーション１５５は、半径方向に変位された区画１５３中に位置決めされ、注入口部分１２０および排出口部分１３０それぞれ中のマニフォールド１５０と中空内腔１５７の間で流体を連通させる孔を形成する。浸透チューブ１０４の注入口部分１２０および排出口部分１３０の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画１５３によって、浸透チューブ１０４の外側円筒表面は、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７、排出口部分１３０の外側円筒表面１３７および中間部分１４０の外側円筒表面１４７に分割される。

[0056]図９〜１１Ａに示す本実施形態では、浸透チューブ１０４は、浸透チューブの全軸方向長さに沿った外径が、半径方向に変位された区画１５３で、および浸透チューブ１０４の外側円筒表面（１２７、１３７、１４７）から半径方向に変位された区画１５３への移行部で以外、一定である。しかし、様々な実施形態では、浸透チューブの外径は、浸透チューブの軸方向長さに沿って変化することができることを理解されたい。たとえば、様々な実施形態では、注入口部分１２０および排出口部分１３０それぞれの外側円筒表面１２７および１３７は、直径を中間部分１４０の外側円筒表面１４７の直径より小さく、または大きくすることができる。様々な実施形態では、穿孔された半径方向に変位された区画１５３は、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７、排出口部分１３０の外側円筒表面１３７および中間部分１４０の外側円筒表面１４７の少なくとも１つに対して半径方向で内部に変位させることができる。

[0057]中間部分１４０は、注入口部分１２０の半径方向に変位された区画１５３と排出口部分１３０の半径方向に変位された区画１５３の間中に位置決めされる。図９〜１１Ｂに示す実施形態では、浸透チューブ１０４の中間部分１４０は、それぞれの半径方向に変位された区画１５３の間に位置決めされた中間部分１４０の全軸方向長さに沿って閉鎖される。しかし、様々な実施形態では、浸透チューブの中間部分は、中間部分の軸方向長さの１つまたは複数の区画だけに沿って閉鎖することができる、ただし中間部分は、浸透チューブを通る流体流れを遮り、注入口部分から半径方向に変位された区画中のパーフォレーションを通ってマニフォールドに流入するように流体流れを押し進め、かつ流体流れは、中間部分から下流で、排出口部分の穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを通って浸透チューブの排出口部分に再び入ることができることを条件とすることを理解されたい。

[0058]図９〜１１Ｂに示す本実施形態では、浸透チューブ１０４は、浸透チューブの軸方向長さに沿った中間点のまわりで対称である。そのように、穿孔された半径方向に変位された区画１５３およびマニフォールド１５０を含む、注入口部分１２０および排出口部分１３０の構造上の構成および寸法は、同じである。しかし、様々な実施形態では、注入口部分１２０および排出口部分１３０の構造上の構成は、互いに異なることができる、ただし少なくとも注入口部分は、浸透チューブの注入口端に開口し、その注入口端を通じて流体を連通させる中空内腔と流体が連通しているマニフォールドを形成する、穿孔された半径方向に変位された区画を含むことを条件にすることを理解されたい。

[0059]たとえば、様々な実施形態では、注入口部分の半径方向に変位された区画の軸方向長さは、排出口部分の半径方向に変位された区画の軸方向長さと同じとする、または異ならせることができ、注入口部分の半径方向に変位された区画の半径方向の変位の大きさは、排出口部分の半径方向に変位された区画の半径方向の変位の大きさと同じとする、または異ならせることができ、注入口部分の半径方向に変位された区画中のパーフォレーションの数、形状および／または寸法は、排出口部分の半径方向に変位された区画中のパーフォレーションの数、形状および／または寸法と同じとする、または異ならせることができ、注入口部分の中空内腔の内径および／または軸方向長さは、排出口部分の中空内腔の内径および／または軸方向長さと同じとする、または異ならせることができ、および／または注入口部分の外側円筒表面の外径および／または軸方向長さは、排出口部分の外側円筒表面の外径および／または軸方向長さと同じとする、または異ならせることができる。他の実施形態では、浸透チューブの注入口部分は、半径方向に変位された区画および環状マニフォールドを含むことができ、排出口部分は、半径方向に変位された区画および環状マニフォールドを欠いていてもよい。

[0060]図１２は、図９〜１１Ａに示す浸透チューブ１０４およびひだ付き濾過器要素１０５を含む組立体を例示する。ひだ付き濾過器要素１０５は、濾過器要素１０５のひだによって画定される複数の円周方向に隔置された薄片１０７を含む。濾過器要素１０５および濾過器薄片１０７は、様々な実施形態では、図１〜６に示す濾過器要素５および濾過器薄片７に関連して上記に述べたものと同じ構造上の構成、構築材料、密閉／接合および取り付け部機構を含むことができる。濾過器要素１０５は、薄片１０７の近位縁部１１１と浸透チューブ１０４の外側円筒表面（１２７、１３７および／または１４７）の間に形成された取り付け部１２を介して浸透チューブ１０４に取り付けられる。例示を容易にするために、図１２〜１６に描く濾過器要素１０５および薄片１０７は、隔置され離れた構成で、かつ隣接する薄片の間に位置付けられた供給スペーサを欠いた状態で示す。しかし、様々な実施形態では、濾過器は、浸透チューブおよび濾過器要素組立体を含むことができ、濾過器要素の薄片は、最終的なスパイラルまたは「ゼリーロール」タイプの構成で同一方向に浸透チューブのまわりに巻かれることを理解されたい。また、様々な実施形態では、濾過器は、浸透チューブ、および濾過器要素の２つ以上の隣接する薄片の間に位置付けられた１つまたは複数の供給スペーサを含む濾過器要素組立体を含むことができることを理解されたい。そのような供給スペーサは、図１および６に示す供給スペーサ８と関連して上記に述べたものと同じ構造上の構成、構築材料および他の特徴を含むことができる。

[0061]濾過器要素１０５の薄片１０７は、軸方向長さが、浸透チューブ１０４の軸方向長さと実質的に同じである（図１６参照）。薄片１０７の近位縁部１１１は、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７と物理的に接触した状態であり、それに取り付けられている。薄片１０７の近位縁部１１１は、排出口部分１３０の外側円筒表面１３７と物理的に接触した状態であり、それに取り付けられている。薄片１０７の近位縁部１１１は、ただし必ずしもそうでないが、中間部分１４０の外側円筒表面１４７と物理的に接触した状態とし、それに取り付けることができる。

[0062]薄片１０７の近位縁部１１１と浸透チューブの外側円筒表面との間の取り付け部１１２は、それぞれの外側円筒表面の全軸方向長さに沿って位置決めることができる、またはそれぞれの外側円筒表面の軸方向長さのセグメントだけに沿って、またはたとえばマニフォールド１５０に近位に、および遠位に隣接してなど、それぞれの外側円筒表面の軸方向長さに沿った離散した場所に位置決めることができる。薄片１０７の近位縁部１１１と浸透チューブの外側円筒表面との間の取り付け部１１２は、薄片１０７の近位縁部１１１と浸透チューブの外側円筒表面の少なくとも一部分の間を実質的に流体不浸透性に密閉する化学的な、または物理的な接合部を含むことができる。たとえば、超音波溶接を使用して、薄片１０７の近位縁部１１１と、たとえばマニフォールドに隣接する浸透チューブの外側円筒表面の少なくとも一部分の間に接合部を形成することができる。

[0063]多くの薄片１０７が、マニフォールド１５０に対する濾過器要素１０５の配向を例示するために、図１２、１４Ａ、１４Ｂ、１５および１６に示す図から削除されている。浸透チューブ１０４の周囲のまわりにおける薄片１０７の円周方向の隔置（図１３Ａおよび１３Ｂ参照）および注入口部分１２０の少なくとも外側円筒表面１２７および排出口部分１３０の外側円筒表面１３７に対する薄片１０７の近位縁部１１１の取り付け（図１４Ａおよび１４Ｂ参照）によって、マニフォールド１５０の環状構成が完成され、それは、浸透チューブの注入口部分１２０および排出口部分１３０の穿孔された半径方向に変位された区画１５３を完全にそのまわりで取り囲む。このように、濾過器要素１０５の薄片１０７は、中間部分１４０の外側円筒表面１４７と、注入口および排出口の部分１２０および１３０それぞれの外側円筒表面１２７および１３７との間で軸方向に広がるが、しかし薄片１０７は、環状マニフォールド１５０中に入らず、したがって穿孔された半径方向に変位された区画１５３と物理的に接触しない。

[0064]浸透チューブ１０４およびひだ付き濾過器要素１０５を含む組立体は、図１３Ａおよび１３Ｂに示すように、外側円筒シェル１０３の内部に位置付けることができて、スパイラルクロスフロー濾過器１０１を形成する。浸透チューブ１０４は、外側円筒シェル１０３と同軸で位置合わせされた状態で位置決めし、たとえば同心の配向でそれから半径方向に変位させることができる。スパイラルクロスフロー濾過器１０１の外側円筒シェル１０３は、図１および８に示すスパイラルクロスフロー濾過器１の外側円筒シェル３に関連して上記に述べたものと同じ構造上の構成、構築材料および他の特徴を含むことができる。様々な実施形態では、スパイラルクロスフロー濾過器１０１は、注入口端面キャップおよび排出口端面キャップを含むことができる。たとえば、注入口端面キャップおよび排出口端面キャップは、図１、７および８に示す端面キャップ２に関連して上記に述べたものと同じ構造上の構成、構築材料および他の特徴を含むことができる。

[0065]図１３Ａおよび１４Ａに例示するように、浸透チューブ１０４の注入口部分１２０中の中空内腔１５７に流入する流体流れは、矢印１６５によって描くように、注入口部分１２０の円筒壁における軸方向に変位された区画１５３中のパーフォレーション１５５を通って押し出される。流体流れ１６５は、浸透チューブの注入口部分１２０の中空内腔１５７から出て、環状マニフォールド１５０に流入し、それによって、浸透チューブ１０４の注入口部分１２０から濾過器要素１０５の薄片１０７中に形成された内側囲い１８０までの流体流れの一様な分布がもたされる。流体は、一度濾過器要素１０５の薄片１０７中の内側囲い１８０中に入ると、図１５および１６で矢印１９０によって描くように、浸透チューブの閉鎖された中間部分１４０に対して接線方向に流れる。膜材料１０９および浸透スペーサ材料１１０を含むひだ付き濾過器要素１０５の合成サンドイッチ構造体によって、接線方向の浸透チューブ側の流体流れ１９０と接線方向のシェル側の流体流れの間に半透過性のバリアがもたらされる（図示せず）。

[0066]図１３Ｂ、１４Ｂおよび１６に例示するように、接線方向の流体流れ１９０は、濾過器要素１０５の薄片１０７中の内側囲い１８０から出て、マニフォールド１５０に流入し、それによって、矢印１７５によって描くように、濾過器要素１０５から浸透チューブ１０４の排出口部分１３０までの流体流れの一様な分布がもたらされる。このように、流体流れ１７５は、排出口部分１３０の円筒壁における軸方向に変位された区画１５３中のパーフォレーション１５５を通って浸透チューブ１０４に再び入る。パーフォレーション１５５を通って浸透チューブ１０４の排出口部分１３０に流入する流体流れ１７５は、排出口部分１３０中の中空内腔１５７中で混じり合い、矢印１７０によって描くように、排出口端１３５を通って浸透チューブ１０４から出る。

[0067]図１４Ａおよび１４Ｂを参照すると、ひだ付き濾過器要素１０５のひだは、薄片１０７を形成し、それは、クロスフロー濾過器中で最終スパイラル構成によって浸透チューブ１０４のまわりに巻くことができる（図示せず）。濾過器要素１０５は、膜材料１０９の第１の層および浸透スペーサ材料１１０の第２の層を含む合成サンドイッチ構造体を含む。スパイラルに巻かれたクロスフロー濾過器では、膜材料１０９の層は、外側シェルに隣接して位置決めることができ（図１４Ａおよび１４Ｂに示さないが、しかし図１３Ａおよび１３Ｂを参照）、浸透スペーサ材料１１０の層は、浸透チューブ１０４に隣接して位置決めることができる。

[0068]図１４Ａおよび１４Ｂに示すように、膜材料１０９の層および浸透スペーサ材料１１０の層の両方は、ひだを付けて、濾過器要素１０５の薄片１０７を形成する。薄片は、近位縁部１１１を有し（浸透チューブ１０４に近位する）、それは、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７および排出口部分１３０の外側円筒表面１３７に少なくとも物理的に接触する。濾過器要素１０５は、薄片１０７の近位縁部１１１の少なくとも一部分と、注入口部分１２０の外側円筒表面１２７および排出口部分１３０の外側円筒表面１３７の少なくとも一部分との間で浸透チューブ１０４に取り付け部１２を用いて固定される。いくつかの実施形態では、また、取り付け部１２は、薄片１０７の近位縁部１１１と中間部分１４０の外側円筒表面１４７の少なくとも一部分との間で形成することができる。たとえば超音波溶接された接合部または別の接着剤なしの接合部機構を含むことができる取り付け部１２は、それぞれの外側円筒表面の全軸方向長さに沿って位置決めることができる、またはそれぞれの外側円筒表面の軸方向長さのセグメントだけに沿って、またはそれぞれの外側円筒表面の軸方向長さに沿った離散した場所に位置決めることができる。たとえば、取り付け部１２は、マニフォールド１５０に近位に、および／または遠位に隣接して位置決めることができる（浸透チューブ１０４の軸方向長さに対して近位に、および／または遠位に）。取り付け部１２によって、濾過器要素１０５を浸透チューブに固定して、各薄片１０７内に内側囲い１８０を維持する。

[0069]様々な実施形態では、濾過器の様々な構成要素に関連して本明細書に述べた取り付け部および接合部は、たとえば超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ接合部または熱風溶接の１つまたは複数によって形成することができる。

[0070]注入口および排出口の端マニフォールドを含む浸透チューブを含むスパイラルクロスフロー濾過器は、濾過器を通る並流または逆流の接線方向流れ（すなわち濾過作用膜の両側、すなわち浸透チューブ側およびシェル側上の接線方向流れ）から恩恵を受けることができる濾過方式動作（たとえば膜による分離、浸透性の膜による分離）を容易にする。本明細書で述べた環状マニフォールドは、流れの制約を最小にし、ひだ付き濾過器要素の浸透チューブ側で濾過器要素の薄片を通る流体流れの一様な分布を生成することによって、最適化された流体流れのダイナミックスをもたらす。

[0071]注入口および排出口の端マニフォールドを含む浸透チューブを含むスパイラルクロスフロー濾過器の応用の実施例は、ブライン（塩化ナトリウム）または他の塩含有の水溶液の膜による分離である。高濃度の苛性溶液（ＮａＯＨ）は、注入口および排出口の端マニフォールドを含むスパイラルクロスフロー濾過器の浸透チューブ側を通って流れ、それによって、浸透チューブの注入口から濾過器要素の薄片および浸透チューブの排出口を通る苛性溶液の流れが容易になる。ブライン溶液は、スパイラルクロスフロー濾過器のシェル側を通って流れる。濾過器を通って流れる苛性溶液およびブライン溶液は、濾過器要素を含む疎水性の膜材料（たとえばポリテトラフルオロエチレン）によって分離される。濾過器を通って流れる苛性溶液およびブライン溶液は、純水の沸点温度より低い温度まで、たとえば約９０℃まで加熱される。ブライン溶液と苛性溶液の水蒸気圧の差（Ｐ_ｖ（ブライン）＞Ｐ_ｖ（苛性））によって、水蒸気は、膜を通ってブライン溶液から苛性溶液に移り、それによってブライン溶液が濃縮され、苛性溶液が希釈される。

[0072]スパイラルクロスフロー濾過器への供給溶液は、化学プラントからの廃棄流を含むことができ、スパイラルクロスフロー濾過器からの流出流は、化学プラントに戻して再循環させることができる。このようにして、本明細書で述べたようなスパイラルクロスフロー濾過器を使用する膜による分離は、化学処理操作に対する廃棄物排出および供給の要件を低下させることができる。しかし、ブライン溶液または他の塩溶液の膜による分離を最適化するために、熱分極化および化学濃度分極化（すなわち濾過作用膜に直接隣接する境界層における局所的な温度および濃度の増加）は、最小にする必要がある。塩側への化学濃度分極化は、膜材料上に塩結晶の形成を引き起こす恐れがあり、それは、疎水性の材料からの濡れおよび交差汚染に繋がる可能性がある。苛性側への化学濃度分極化は、水蒸気透過速度を低下させる可能性がある。また、いずれの側への熱分極化も水蒸気透過速度を低下させる可能性がある。したがって、浸透チューブ側およびシェル側の両方でスパイラルクロスフロー濾過器を通る釣り合った接線方向流れを維持することが重要である。

[0073]シェル側では、濾過器要素の隣接する薄片の間における塩溶液の釣り合った接線方向流れは、一般に問題がない、というのは塩溶液を外側シェルまたは端面キャップ中のポートを通じて濾過器に送り、それから引き出すことができるからである。しかし、チューブ側では、薄片内の苛性溶液の接線方向流れは、問題になり得る、というのは、この溶液は、浸透チューブの注入口から薄片に流入し、薄片から流出して浸透チューブ中に戻り、浸透チューブの排出口から引き出されなければならないからである。注入口および／または排出口の端マニフォールドを含む浸透チューブを含むスパイラルクロスフロー濾過器を使用すると、濾過器要素の薄片を通る流れの分布が向上され、それによって流れのダイナミックスが向上され、膜による分離動作での分極化を低下させるために必要な釣り合った流れがもたらされる。

[0074]様々な実施形態では、スパイラルクロスフロー濾過器は、外側シェルと、外側シェル内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された浸透チューブと、外側シェルと浸透チューブとの間の環帯内に位置決めされたひだ付き濾過器要素とを含むことができる。濾過器要素は、合成濾過器材料を含むことができる。合成濾過器材料は、外側シェルに隣接する膜材料の第１の層と、浸透チューブに隣接する浸透スペーサ材料の第２の層とを含むことができる。濾過器要素のひだは、複数の円周方向に隔置された薄片を画定することができる。複数の薄片は、同一方向で浸透チューブのまわりに巻くことができる。浸透チューブの中間部分は、閉鎖し、浸透チューブから複数の薄片に流入し浸透チューブの閉鎖された中間部分から下流で浸透チューブ中に戻るように流体を導くように構成することができる。

[0075]様々な実施形態では、浸透チューブは、浸透チューブの円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された少なくとも１つのマニフォールドを含むことができる。濾過器要素の複数の薄片の１つまたは複数の薄片は、薄片の縁部とマニフォールドに隣接する浸透チューブの外側円筒表面との間の取り付け部を介して浸透チューブに取り付けることができる。

[0076]様々な実施形態では、浸透チューブは、浸透チューブの注入口端に隣接して位置付けられた第１のマニフォールドと、浸透チューブの排出口端に隣接して位置付けられた第２のマニフォールドとを含むことができる。第１のマニフォールドは、浸透チューブの中空注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成することができる。第２のマニフォールドは、浸透チューブの中空排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成することができる。濾過器要素の複数の薄片の１つまたは複数の薄片は、薄片の縁部と第１のマニフォールドに隣接する浸透チューブの注入口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して浸透チューブに取り付けることができる。濾過器要素の複数の薄片の１つまたは複数の薄片は、薄片の縁部と第２のマニフォールドに隣接する浸透チューブの排出口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して浸透チューブに取り付けることができる。

[0077]様々な実施形態では、スパイラルクロスフロー濾過器は、外側シェルと、外側シェル内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された浸透チューブと、外側シェルと浸透チューブとの間の環帯内に位置決めされたひだ付き濾過器要素とを含む。浸透チューブは、閉鎖された中間部分と、注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第１のマニフォールドを含む中空注入口部分と、排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第２のマニフォールドを含む中空排出口部分とを含むことができる。濾過器要素は、外側シェルに隣接する膜材料の第１の層と、浸透チューブに隣接する浸透スペーサ材料の第２の層とを含むことができる。濾過器要素のひだは、複数の円周方向に隔置された薄片を画定することができ、複数の薄片は、同一方向で浸透チューブのまわりに巻くことができる。

[0078]様々な実施形態では、浸透チューブは、閉鎖された中間部分と、注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを含む中空注入口部分と、中空排出口部分とを含む。また、中空排出口部分は、排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを含むことができる。

[0079]本開示は、様々な、例証的な、例示的な、および非限定の実施形態を参照して書いてきた。しかし、当業者は、請求項によってのみ定義されるような本発明の範囲から逸脱せずに、開示した実施形態（またはその一部分）のいずれかの様々な置換、修正または組合せを実施することができることを認識されるはずである。したがって、本開示は、本明細書で明白に述べていない追加の実施形態を包含することが予期され、そのことを理解されたい。そのような実施形態は、たとえば本明細書に述べた実施形態の開示したステップ、材料、構成成分、構成要素、要素、特徴、態様などのいずれかを組み合わす、修正する、または再編成することによって得ることができる。したがって、本開示は、様々な、例証的な、例示的な、および非限定の実施形態の記述によって限定されず、むしろ請求項によってのみ限定される。このように、出願者等は、様々に本明細書に述べたような特徴を追加するために、手続き処理の間に請求項を補正する権利を留保する。

Claims (29)

1. 外側シェルと、
   前記外側シェル内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された浸透チューブであって、前記浸透チューブの円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された少なくとも１つのマニフォールドを含む浸透チューブと、
   前記外側シェルと前記浸透チューブとの間の環帯内に位置決められた、ひだ付き濾過器要素とを含み、前記濾過器要素は、合成濾過器材料を含み、前記合成濾過器材料は、
   前記外側シェルに隣接する膜材料の第１の層、および
   前記浸透チューブに隣接する浸透スペーサ材料の第２の層を含み、
   前記濾過器要素の前記ひだは、複数の円周方向に隔置された薄片を画定し、前記複数の薄片は、同一方向で前記浸透チューブのまわりに巻かれ、
   前記浸透チューブの中間部分が、閉鎖されており、かつ前記浸透チューブから前記複数の薄片中に流入し前記浸透チューブの前記閉鎖された中間部分から下流で前記浸透チューブ中に戻るように流体を導くように構成される、スパイラルクロスフロー濾過器。
2. 前記浸透チューブは、前記浸透チューブの円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第１のマニフォールドを通って前記浸透チューブから前記複数の薄片中に流入し前記浸透チューブの前記円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第２のマニフォールドを通って前記浸透チューブの前記閉鎖された中間部分から下流で前記浸透チューブ中に戻るように流体を導くように構成される、請求項１に記載の濾過器。
3. 前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記マニフォールドに隣接する前記浸透チューブの外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられる、請求項２に記載の濾過器。
4. 前記取り付け部は、接着剤を含まない、請求項３に記載の濾過器。
5. 前記取り付け部は、前記薄片の前記縁部と前記マニフォールドに隣接する前記浸透チューブの外側円筒表面との間に接合部を含み、前記接合部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される、請求項３に記載の濾過器。
6. 前記浸透チューブは、前記浸透チューブの注入口端に隣接して位置付けられた第１のマニフォールドと、前記浸透チューブの排出口端に隣接して位置付けられた第２のマニフォールドとを含み、前記第１のマニフォールドは、前記浸透チューブの中空注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成され、前記第２のマニフォールドは、前記浸透チューブの中空排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成される、請求項１に記載の濾過器。
7. 前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記第１のマニフォールドに隣接する前記浸透チューブの前記注入口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられ、前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記第２のマニフォールドに隣接する前記浸透チューブの前記排出口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられる、請求項６に記載の濾過器。
8. 前記取り付け部は、接着剤を含まない、請求項７に記載の濾過器。
9. 前記取り付け部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される接合部を含む、請求項７に記載の濾過器。
10. 前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記浸透チューブの外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられる、請求項１に記載の濾過器。
11. 前記取り付け部は、接着剤を含まない、請求項１０に記載の濾過器。
12. 前記取り付け部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される接合部を含む、請求項１０に記載の濾過器。
13. 前記複数の薄片のそれぞれの間に位置付けられた供給スペーサをさらに含む、請求項１に記載の濾過器。
14. 前記浸透チューブの前記注入口端に取り付けられた注入口端面キャップと、前記浸透チューブの前記排出口端に取り付けられた排出口端面キャップとをさらに含む、請求項１に記載の濾過器。
15. 前記注入口端面キャップおよび前記排出口端面キャップは、接着剤を含まない接合部を用いて前記外側円筒シェルおよび前記浸透チューブに取り付けられる、請求項１４に記載の濾過器。
16. 前記複数の薄片の各薄片は、前記濾過器要素の注入口縁部の少なくとも一部分に沿った、かつ排出口縁部の少なくとも一部分に沿った接合部を含み、前記接合部は、前記濾過器要素の隣接するひだを一緒に密閉して、前記濾過器要素の前記注入口縁部および前記排出口縁部において各薄片を流体不浸透性に密閉する、請求項１に記載の濾過器。
17. 前記接合部は、接着剤を含まない、請求項１６に記載の濾過器。
18. 前記接合部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される、請求項１６に記載の濾過器。
19. 前記複数の薄片は、スパイラル直径に対する薄片高さの割合が３以下である、請求項１に記載の濾過器。
20. 外側シェルと、
    前記外側シェル内で同軸に位置合わせされ、それから半径方向に変位された浸透チューブであって、
    閉鎖された中間部分、
    注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第１のマニフォールドを含む中空注入口部分、および
    排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成された第２のマニフォールドを含む中空排出口部分を含む、浸透チューブと、
    前記外側シェルと前記浸透チューブとの間の環帯内に位置決めされた、ひだ付き濾過器要素とを含み、前記濾過器要素は合成濾過器材料を含み、前記合成濾過器材料は、
    前記外側シェルに隣接する膜材料の第１の層、および
    前記浸透チューブに隣接する浸透スペーサ材料の第２の層を含み、
    前記濾過器要素の前記ひだは、複数の円周方向に隔置された薄片を画定し、
    前記複数の薄片は、同一方向で前記浸透チューブのまわりに巻かれる、スパイラルクロスフロー濾過器。
21. 前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記第１のマニフォールドに隣接する前記浸透チューブの前記注入口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられ、前記濾過器要素の前記複数の薄片の１つまたは複数の薄片が、前記薄片の縁部と前記第２のマニフォールドに隣接する前記浸透チューブの前記排出口部分の外側円筒表面との間の取り付け部を介して前記浸透チューブに取り付けられる、請求項２０に記載の濾過器。
22. 前記取り付け部は、接着剤を含まない、請求項２１に記載の濾過器。
23. 前記取り付け部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される接合部を含む、請求項２１に記載の濾過器。
24. 前記複数の薄片の各薄片は、前記濾過器要素の注入口縁部の少なくとも一部分に沿った、かつ排出口縁部の少なくとも一部分に沿った接合部を含み、前記接合部は、前記濾過器要素の隣接するひだを一緒に密閉して、前記濾過器要素の前記注入口縁部および前記排出口縁部で流体不浸透性に各薄片を密閉する、請求項２０に記載の濾過器。
25. 前記接合部は、接着剤を含まない、請求項２４に記載の濾過器。
26. 前記接合部は、超音波溶接、熱接合、ＩＲ接合、無線周波数接合、マイクロウェーブ接合、レーザ溶接または熱風溶接によって形成される、請求項２４に記載の濾過器。
27. 前記複数の薄片は、スパイラル直径に対する薄片高さの割合が３以下である、請求項２０に記載の濾過器。
28. 閉鎖された中間部分と、
    注入口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを含む中空注入口部分と、
    中空排出口部分とを含む、浸透チューブ。
29. 前記中空排出口部分は、前記排出口部分の円筒壁における穿孔された半径方向に変位された区画によって形成されたマニフォールドを含む、請求項２８に記載の浸透チューブ。

Images