JP5080488B2 - 渦巻状に巻かれたモジュールのインサート端封止 - Google Patents

Description

本発明は、渦巻状に巻かれたモジュールに関する。

渦巻状に巻かれたモジュールは、逆浸透及びナノ浸透膜についての最も通常の構成である。操作時、「供給」液体は、加圧状態で、一方の端面において、モジュールに入り、供給液側スペーサーシートを介して軸方向に流れ、反対の端面に、「濃縮物」として、出る。「透過」溶液（通常水）は、加圧状態で、膜を通過し、一方、溶質（通常塩）は、実質的に保持される。渦巻状に巻かれた構成は、大量の膜領域が小容積に詰め込まれることを許容する。

１以上の膜エンベロープ及び供給液側スペーサーシートは、中心透過液回収管に巻付けられる。エンベロープは、透過液側支持体シートを囲む２つの概略矩形の膜シートを含む。この「サンドイッチ」構造は、各膜シートの３つの縁：透過管から最も離れた後方縁、モジュールの供給液（入口）及び濃縮液（出口）端面になる２つの側縁、に沿って、接着剤により、一緒に保持される。側縁の接着剤は、さらに、膜シートを固着し、モジュールの各端面にて、透過管に対して密閉する。エンベロープの第４の縁は、開放され、透過液側支持体シートが透過液回収管を貫通する小孔と流体密であるように、透過液回収管に隣接する。渦巻状に巻かれたモジュールの構造は、ここで関連により組み入れられる特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３に、詳細に記載されている。

モジュールの組立てに関連する時間及び複雑さは、その構造において使用される膜エンベロープの数と共に、増加する。モジュールにおいて全てのエンベロープは、最終の巻き工程において、一緒に巻かれるので、第１のリーフに塗布された接着剤が、最後のリーフが挿入される前に、硬化しないことは、重要である。手動により巻こうと自動化を用いて巻こうと、接着剤層を固化するための時間が、モジュールを構成するために最小限必要とされる時間より、実質的に長いことは、さらに、好ましく、これは、さもなければ、この方法において、モジュールを解体することになる可能性のあるゲル化または遅延を、許容するからである。特許文献４に記載されるように、膜リーフを結合するために特に好適な接着剤は、「商業的に利用可能なポリマー接着剤、例えば、エイチ・ピー・フュラー（H.P.Fuller）ポリウレタンまたはダウ（Dow）エポキシ材料（DER）、これは、ジアミンにより硬化し、柔軟な固体として、変更可能な硬化時間で、典型的には約２〜２４時間程度で、固化する・・・」である。

接着剤が硬化した後、膜シートの側部からはみ出す可能性があるいかなる過剰な接着剤も除去するために、モジュールの２つの向き合う端面は、所望により、トリミングされる。トリミング処置は、モジュールを回転させながら行うことができる。各端面での切断は、モジュールの外径から、概略、透過液管の外径まで行われる。各膜シートの両方の側縁に沿って延びる接着剤の層は、典型的には、トリミング処理において、横断されるが、切断は、透過液領域に及んではならない。トリミングは、明確なモジュール長さ及び平滑なスクロール面を発生する。

欠陥のないモジュールにおいて、膜バリヤー層は、効果的に、供給溶液を透過液から分離する。しかし、供給溶液が、潜在的に、透過液流路に漏れ込む可能性があるモジュールのいくつかの領域が存在する。膜自体は、引掻きず及びピンホールのような局在欠陥を有する可能性がある。透過液支持体シートの後方及び側部に沿って延びる破断されまたは存在しない接着剤層は、供給液が浸透液に入る直接経路を提供する可能性がある。モジュールの入口及び出口端面において、透過液管の数ミリメートル以内に、管を囲む接着剤が、透過液流路から供給溶液を効果的に封止することができない空隙は、存在する可能性がある。最後に、透過液回収管に隣接する巻き付け縁は、特に、非常に過酷で頻度の多い洗浄サイクルを受けるモジュールについて、通常の漏れ源であった。

トリミング処理は、さもなければ封止されるであろうモジュールにおいて、詳細には、膜シートを透過液管に固着する接着剤の領域において、広範囲の漏れを発生する可能性を有する。トリミング処理が、透過液領域を切断することを、適切に防止するときであっても、接着剤を横断することの作用は、さもなければ封止される空隙を開放し、供給溶液と透過液溶液との流体伝達を許容することが可能である。最初の欠陥は、不適当にインサートされたリーフから、または、特に、構成中にモジュールから引き離され、接着剤内に隙間を発生するリーフから、生じる可能性がある。いずれの場合において、供給流体が透過液溝に移ることを許容する透過液管近傍の隙間は、ここで、「インサート端漏れ」をいう。

海水脱塩用の典型的な渦巻状に巻かれたモジュールは、標準条件（８００ｐｓｉ、３２０００ｐｐｍ塩化ナトリウム供給）で試験されるとき、０．３％未満の塩化ナトリウムを通過する。単一のインサート端漏れは、逆浸透モジュールを破壊する可能性がある。直径が僅か０．５ｍｍの１インチ長さの孔は、十分な供給溶液を透過液領域に移し、標準試験中、５％より大きい塩通過を発生する可能性がある。
米国特許第５５３８６４２号明細書 米国特許第５６８１４６７号明細書 米国特許第６６３２３５６号明細書 米国特許第５０９６５８４号明細書

図１において示されるように、さらに、フィルムテック（Film Tec）でのいくつかの高除去モジュール（SW-380-HR）は、封止剤の保護ビードを、透過液管とスクロール面との交差において、モジュールのトリミングされた端面に塗布することにより、ビードが透過液管を囲み、この領域においての漏れの可能性を減少するように、改良された。モジュールにおいて膜エンベロープの３つの縁を接着するために使用される同じ種類の二液型ウレタンから構成される封止ビードは、この目的のため、透過液管とスクロール面との交差において、塗布された。代替的に、ホットメルトのビードは、このように、塗布された。

模擬漏れによる実験室実験において、塗布後に共有結合を形成することが可能な封止剤は、強固な封止を提供することについて、ホットメルトより、一層、効果的であることを発見した。しかし、この目的のためにそのような反応性接着剤の使用は、いくつかの実施の問題を導入する。透過液管近傍に塗布される接着剤ビードの塗布及び硬化は、モジュールを形成した後、生産時間をさらに増加する追加工程であり、その結果、モジュール構造において典型的に必要とされ、使用される長い硬化時間は、このプロセスにおいて、好ましくない。最良に、小さい空隙に入り、これを封止する低粘度材料が、重力を受けて時間を通して広がる可能性を有するので、長い硬化時間は、また、好ましくない。このプロセスについての僅かの固化は、塗布装置内の重合が実質的な停止時間を生じるという見込みを提供するので、他方で、非常に短い硬化時間を有する少量の反応性材料の塗布は、自動化された大容積の環境において実施するのに非常に困難である可能性がある。

透過液管近傍において、渦巻状に巻かれたモジュールのスクロール端面に液体として塗布可能であり、共有結合を形成する反応により急速に硬化可能であり、インサート端漏れを防止する封止物質が、好ましい。封止剤の反応速度は、モジュールに接触している間のその反応速度が、モジュールに接触する前のその反応速度の少なくとも２倍であるように、それが渦巻状に巻かれたモジュールに塗布された後に増加するようになされることが、さらに、好ましい。この反応性封止剤は、１５分未満で、安定な形態を達成する。最も望ましくは、反応性封止剤は、５分未満、または、さらに１分未満で、安定にされる。

本発明は、トリミングされた渦巻状に巻かれたモジュール（１）内の可能性のあるインサート端漏れを排除する改良された手段を提供する。封止物質（２）のビードは、透過液管を囲むように構成され、透過液管（３）及びスクロール面（４）両方に接触する。これは、図１及び図２において、示されている。詳細には、本発明の封止物質は、反応性であり、また、モジュール内で膜シートを固着する接着剤と化学的に相違する。この差は、組成、または、成分（例えば、モノマー、触媒、開始剤）の濃度いずれかについて存することが可能である。しかし、この差は、可能性のあるインサート端漏れ近傍に塗布される封止物質のより短い硬化時間になる。詳細には、封止物質について、２００，０００センチポアズの粘度を達成する時間は、１０分未満、より望ましくは５分未満、最も望ましくは１分未満であり、一方、膜シートを結合するために使用される接着剤について、２００，０００センチポアズの粘度を達成する時間は、少なくとも２０分である。

秒の大きさで、非常に短い時間は、材料のビードを、透過液管を囲むスクロール領域近傍に配置するために、実際に、必要とされる。膜シートを結合するためにモジュールの構造において使用されるような、長い硬化時間材料は、可能性のあるインサート端漏れを覆うために好ましくないことを発見した。モジュールを構成する時、長い硬化時間接着剤は、巻回中に揺動を許容して空気ポケットの同伴を防止するように、巻回プロセス中に低粘性が維持されることを許容する。しかし、異なる要求条件は、インサート漏れを覆うことについて、存在する。低い初期粘度、例えば約１０，０００ｃｐｓ未満、望ましくは約１０００ｃｐｓ未満は、孔または欠陥についての浸透を始めに達成するために好ましい、しかし、そのような低粘度材料は、重力により時間を通して流れる可能性がある。この理由のため、長い硬化時間は、低粘度流体の均一で狭小なビードの透過液管近傍での制御された塗布を阻止する。反応性封止剤の生成する重合ビードは、スクロール領域の３％未満を被覆すること、及び、塗布される封止物質の全重量が、５グラム未満であることが、最も好ましい。

この明細書の目的のため、二液型の反応性材料は、重合を誘導するために結合される少なくとも２つの異なる、別個に貯蔵されたモノマーを含有することが理解される。知られた商用二液型エポキシまたはウレタンは、１分間程度の非常に短い硬化時間を有するものを包含する。しかし、反応性二液封止剤の成分は、混合時に、反応を開始する。このことは、反応性封止剤に接触する取扱装置の構成要素（例えば、ミキサー、配管、塗布装置）は、通常操作中、急速に詰まるべきではない点で、封止剤に関する追加的な実施の制限を提供する。二液型反応性材料のための典型的な取扱システムは、別個のモノマー容器、及び、共通の静止ミキサー及び塗布装置に供給するポンプを有するであろう。望ましいプロセスは、ミキサー、配管、または塗布装置内で容易に重合しない反応性封止物質を包含し、その結果、渦巻状に巻かれたモジュール毎に不活性の数分（少なくとも１０分）は、適宜、適応可能であり、過剰なメンテナンスは、防止される。

望ましい実施形態において、反応性封止物質が２００，０００センチポアズの粘度を達成する時間は、少なくとも４分の１に、より望ましくは少なくとも１０分の１に、モジュールへのその塗布後に、減少する。１つの実施形態において、反応性封止物質は、フリーラジカル重合に感受性のアルケンモノマーと、過酸化物開始剤とを含む。例示的な過酸化物開始剤は、ここで関連により組み入れられる、製品報告、「高温度においての不飽和ポリエステル樹脂を成形するための過酸化物選択ガイド（Peroxide Selection Guide for Molding Unsaturated Polyester Resins at Elevated Temperatures）」、QC1019-2(ATO-1241)2C8/00、アトフィア・ケミカルズ社、フィラデルフィア（Atofia Chemicals Inc., Philadelphia, PA）、に記載されている。ｔ−ブチルパーオキシピバレートのような過酸化物は、冷却された取扱装置内で数時間の半減期を有することが可能である。しかし、熱により活性化され、８０℃の温度にてわずか数分の硬化時間を示す。インサート端漏れを防止する反応性材料を硬化するため、熱が、透過液管近傍の領域に、直接、加えられることが可能であること、しかし、８０℃付近を超える温度は、管の締り寸法許容差を変更する危険があることを発見した。

他の望ましい実施形態において、反応性封止物質は、ＵＶ硬化可能であり、少なくとも一のアルケンモノマーと、フリーラジカル重合を誘導する光感受性光開始剤とを含有する。反応性封止物質の薄いビードは、透過液管周囲に、トリミングされたスクロール端面に接触して塗布され、その後、光の付与により、急速に、重合する。重合時間は、１分未満であることが可能である。重合は、塗布装置内で発生しないので、要素毎の長い時間は、取扱装置の詰まりを生じないであろう。

より望ましい実施形態において、反応性封止剤は、シアノアクリル酸エステルと、光活性開始剤とを含む。シアノアクリル酸エステルモノマーは、最も望ましくは、シアノアクリル酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸ブチル、シアノアクリル酸アリル、シアノアクリル酸エトキシメチル、または、シアノアクリル酸エステル基及びアルキル鎖を含有する類似分子である。シアノアクリル酸エステルモノマーを含む、反応性封止物質中のモノマーは、開始剤の光、特にＵＶ光への暴露後、フリーラジカル付加により、重合する。シアノアクリル酸エステルの特別の利点は、フリーラジカル重合に加えて、それらは、水のような弱塩基の存在時、アニオン重合を受けることが可能であることである。そのため、狭小な細孔においての少量のモノマーは、直接、光に暴露されない場合であっても、重合可能である。

１つの実施形態において、アルケンモノマー及び開始剤を含むビードは、モジュールに、それが中心軸の回りに回動されつつ、塗布される。要素が回動している間、光は、透過液管及びスクロール面の交差部に照射され、重合を誘導する。このように、低粘度ビードであっても、重力を受けて広がるために十分な時間を有しない。最も望ましくは、順次または同時に実行可能である塗布及び硬化の結合時間は、６０秒未満、またはさらに３０秒未満である。１つの実施例において、要素が回動されていた間、シアノアクリル酸エチル及び開始剤を含有する溶液（約１００センチポアズを有する）が、スクロール面及び透過液管両方に接触するように、塗布された。それは、同時に、ＵＶ光に暴露され、１５秒以内に固体に重合した。この低粘度溶液の２．５ｇだけ含有するビードは、滴下することなく塗布され、生成する封止は、スクロール表面積の約１．５％を覆った。

本発明の改良された手段を提供する渦巻状に巻かれたモジュールを示す図である。 本発明の改良された手段を提供する渦巻状に巻かれたモジュールを示す図である。

符号の説明

１ 渦巻状に巻かれたモジュール
２ 封止物質のビード
３ 透過液管
４ スクロール面

Claims (10)

1. ａ．第１及び第２の膜シートと、前記第１及び第２のシートの間に挿入された透過液シートと、開放エンベロープ縁及び接着剤で密閉された３つのエンベロープ縁と、を含む概略矩形の膜エンベロープを用意する工程；
   ｂ．孔を有する透過液回収管に対して、前記開放エンベロープ縁が複数の前記孔に流体を通すように連ながるように前記開放エンベロープ縁を配置する工程；
   ｃ．供給液側スペーサーシートを前記膜エンベロープに隣接して配置する工程；
   ｄ．前記膜エンベロープ及び隣接する供給液側スペーサーシートを前記透過液回収管に巻回して、各面が前記透過液回収管に概略垂直である２つの離間されたスクロール面を有する巻回膜スクロールを形成する工程；及び、
   ｅ．反応性封止剤の円周ビードを前記透過液回収管とスクロール面との各接続部直近に塗布する工程を含み、前記反応性封止剤は膜シートの縁を結合するために使用される接着剤よりも速く硬化し、かつ前記反応性封止剤は１５分未満で硬化し、前記反応性封止剤はモノマーとフリーラジカル開始剤または光活性開始剤から選択される開始剤とを含むことを特徴とする渦巻状に巻かれたモジュールを製作する方法。
2. 前記モノマーは、フリーラジカル的に重合可能なアルケンモノマーであり、前記開始剤は、フリーラジカル開始剤である、請求項１に記載の方法。
3. 該開始剤は、光活性であり、前記反応性封止剤の硬化は、光を当てることにより、誘導される、請求項１に記載の方法。
4. 前記光は、紫外光である、請求項３に記載の方法。
5. 前記反応性封止剤は、シアノアクリル酸エステルを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記シアノアクリル酸エステルは、シアノアクリル酸メチル、シアノアクリル酸エチル、シアノアクリル酸ブチル、シアノアクリル酸アリル、及び、シアノアクリル酸エトキシメチルからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項５に記載の方法。
7. 該開始剤は、過酸化物であり、前記反応性封止剤の硬化は、熱を加えることにより、誘導される、請求項２に記載の方法。
8. 前記モノマーは、アルケンモノマーを含み、前記アルケンモノマー及び開始剤は、前記モジュールが中心軸の回りに回動されつつ、前記モジュールに塗布される、請求項１に記載の方法。
9. 前記モジュールが回動している間、光が、前記透過液管及びスクロール面の交差部に照射され、前記反応性封止剤の重合を誘導する、請求項８に記載の方法。
10. 透過液を受け取り、その長さに沿って複数の孔を有する中心回収管；
    ２つの膜シートと、前記２つの膜シートを３つの縁に沿って結合する接着剤と、前記２つの膜シートに介装された透過液側支持体シートとを含み、前記管から外側に延び、前記管に巻回された少なくとも１つの濾過エンベロープ（ただし、前記透過液側支持体シートは、前記回収管の前記孔に流体を通すことができる。）；
    前記回収管に巻回され、少なくとも１つの濾過エンベロープの表面に平面的に接する少なくとも１つの供給液側スペーサーシート（ただし、前記巻回エンベロープ及び前記巻回供給液側スペーサーシートは、共に、前記中心回収管の囲りに配置される巻回スクロールを形成し、前記巻回スクロールは、前記巻回スクロールの各端面にある２つのスクロール面を有する。）；
    を含み、
    当該モジュールが前記回収管とスクロール面との各接続部において前記回収管近傍に円周方向に配置されて前記スクロール面の面積の３％未満を被覆する紫外線硬化された封止剤のビードを含み、前記封止剤は前記接着剤と化学的に相違し、前記封止剤は前記接着剤よりも速く硬化し、かつ前記封止剤は１５分未満で硬化し、前記封止剤はポリ（アクリル酸エステル）またはポリ（シアノアクリル酸エステル）を含むことを特徴とする渦巻状に巻かれたモジュール。

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