JP5857059B2 - 外部の流れ溝を有する渦巻式膜エレメント生産水管 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、逆浸透又は限外濾過分離装置で使用される膜エレメントに関し、特に、透過液の流れを管内の開口に導く外部チャネルを備えた渦巻式膜エレメント生産水管に関する。

液体分離を実行するための半透膜の使用は十分に受け入れられるようになって来ており、限外濾過及び逆浸透のための膜は現在浄水、希薄混合物若しくは溶液の濃縮、廃棄物処理及び／又は再利用可能な成分の回収を始めとする広範な用途に使用されている。多種多様な半透膜が開発されて来ており、渦巻式エレメントは所与の空間容積内に大きな膜表面積を効率的に提供するために有用であることが判明している認められたタイプの装置の１つとなっている。

図９を参照すると、典型的な従来技術の渦巻式逆浸透エレメント１０が示されている。エレメント１０は１以上の膜リーフ１２と供給スペーサーシート１４を中央の生産水収集管１６の周りに巻き付けることにより形成される。リーフ１２は透過液キャリヤーシート２０を包囲する２つのほぼ長方形の膜シート１８を含んでいる。この「サンドイッチ」構造は通常３つの辺に沿って接着剤により一緒に保持されているが、これら３つのリーフ辺をシールするために幾つかの他の手段が存在する。

リーフ１２の第４の辺は生産水収集管１６に境を接していて、透過液キャリヤーシート２０が生産水収集管１６の小さい孔２２の列と流体接触するようになっている。通例２〜４層の透過液キャリヤーからなる透過液キャリヤーシート２０の最初のラップは、最初の膜リーフ１２の挿入の前に生産水管１６の周りに巻き付けられる。この透過液キャリヤー２０の最初のラップは孔２２を覆って膜リーフ１２を支持して、透過水を膜リーフ１２から生産水収集管１６の孔に案内するために通路を提供する。

孔２２は通例約０．１２５インチ（３．１８ｍｍ）の直径を有していて、生産水収集管１６の外側の周りに巻き付けられた透過液キャリヤー２０から管１６の中心に透過液を案内する。生産水収集管１６の孔２２は透過液を管１６の外側から内側へ最小の圧力降下で運ぶように設計されている。孔２２の最大の大きさは膜リーフ１２が孔２２の中に引き込まれて損傷される傾向によって制限される。孔２２の最小の大きさは孔２２を通る透過水の流れにより生じる圧力降下によって制限される。孔２２の最大の数は生産水収集管１６の製造コストによって制限される。

各々のリーフ１２は、同様に生産水収集管１６の周りに巻き付けられた供給スペーサーシート１４により分離されている。供給スペーサー１４はエレメントの両端と流体接触しており、膜シート１８の表面を横切る供給溶液の導管として機能する。供給流の方向は流入端２４から濃縮端２６へ向かい、この方向は中央の生産水収集管１６の軸Ａに対して平行である。

米国特許第４７３５７１７号

従って、膜リーフから生産水収集管に入る透過液の流れを助けるエレメント設計があれば望ましいであろう。また、生産水管の周りに巻き付ける透過液キャリヤーのラップの数を減らすことも望ましいであろう。

１つの態様では、本発明は、濾過膜を有するフィルターエレメントと共に使用される生産水管に関する。生産水管は、透過液が濾過膜から管壁を通り抜けて管の中心部に入ることが可能になるように、複数の開口が形成されている管壁を有する。管壁は、管の外面を横切って透過液を開口に案内する、あるパターンのリッジ（尾根）及びチャネルを有する外面を有する。

一実施形態では、生産水管の外面上のリッジ及びチャネルは管に沿って螺旋状のパターンであり、生産水管の壁の外面は管に沿って第１の方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ及びチャネルを有し、生産水管の壁の内面は管に沿って反対の方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ及びチャネルを有し、開口は外側と内側のチャネルの交点に形成されている。

本発明及び従来技術に対するその利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び後記の特許請求の範囲を読むことで明らかになる。

本発明の上記及びその他の特徴は、添付の図面と併せて本発明の実施形態に関する以下の説明を参照することによって、さらに明らかになり、またそのことで本発明自体がより深く理解されよう。
図１は、本発明の一実施形態による逆浸透エレメントの切り欠き透視図である。 図２は、図１のエレメントの生産水管の一実施形態の拡大透視図である。 図３は、図２の生産水管の、図２の３−３線に沿って取った断面図である。 図４は、図２の生産水管の切り欠き透視図である。 図５は、図１のエレメントの別の実施形態の生産水管の拡大透視図である。 図６は、図２の別の実施形態の生産水管の、図５の７−７線に沿って取った断面図である。 図７は、図１のエレメントの別の実施形態の生産水管の拡大透視図である。 図８は、図７の８−８線に沿って取った断面図である。 図９は、従来技術の逆浸透エレメントの切り欠き透視図である。

全図面を通して対応する参照符号は対応する部分を示す。

ここで、本発明の実施が可能になるように好ましい実施形態を詳細に例示する図面を参照して以下の詳細な説明で本発明を説明する。これらの特定の好ましい実施形態に関連して本発明を説明するが、本発明はこれらの好ましい実施形態に限定されないものと理解されたい。逆に、以下の詳細な説明の考察から明らかになるように、本発明は数多くの代わりの選択肢、修正及び等価物を包含する。

近似的な言語は、本明細書及び特許請求の範囲を通じて使用する場合、それが関連する基本的な機能に変化を生じることなく変わることが許容されるあらゆる量的な表現を修飾するために適用され得る。従って、「約」のような用語で修飾された値は明示された正確な値に限定されない。少なくとも幾つかの場合、近似的な用語はその値を測定する機器の精度に対応し得る。範囲の限定は組み合わせたり及び／又は相互に交換したりすることができ、かかる範囲は特に断らない限りそこに含まれるあらゆる小範囲を含むものとされる。実用例以外、又は他に断らない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用する成分の量、反応条件などに関する全ての数又は表現は、常に用語「約」で修飾されているものと了解されたい。

「任意の」又は「場合により」は、続いて記載されている事象又は状況が起こってもよいし起こらなくてもよく、又は続いて記載されている材料が存在してもしなくてもよいことを意味し、またその記載は、その事象又は状況が起こる又はその材料が存在する場合と、その事象又は状況が起こらないか又はその材料が存在しない場合とを包含する。

本明細書で使用する場合、用語「含む」、「含み」、「包含する」、「包含し」、「有する」、「有し」又はその他これの変形語は非排他的に使用されている。例えば、リストされたエレメントを含むプロセス、方法、物品又は装置は必ずしもそれらのエレメントのみに限定されることはなく、リストに明示されていないか又はかかるプロセス、方法、物品又は装置に固有の他のエレメントを含み得る。

単数形態は明らかに他の意味が示されない限り複数の場合も含む。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態によるフィルターエレメント全体を３０で示す。フィルターエレメント３０は、ほぼ管状の本体部材３４、入口端３６及び排出端３８を含む圧力容器３２を有する。圧力容器３２は、例えば渦巻状であり得る濾過膜４０を含有する。望ましくは、濾過膜４０は、水分子が半径方向にゆっくり通過するのを許容しつつ溶解している塩、鉱物及び懸濁している粒子の通過を拒絶する三酢酸セルロース、ポリアミド又はその他の適切な材料のような適切な半透性材料からなる逆浸透膜である。地方自治体などのような水の供給者からの水はその入口端３６で圧力容器３２に供給される。かん水又は廃水は適切な廃水継ぎ手につながる排出管４２中に導かれる。組み立てられたとき、圧力容器３２は、連続運転中供給される水の作動圧力（例えば４０〜８０ポンド／平方インチ程度になり得る）に耐えるように設計されている。

生産水管４６が圧力容器３４の中心にあり、膜４０はその周りに巻き付けられる。生産水管４６は中心線４７の周りで管状であり、以下により詳細に説明するように透過水が生産水管４６の内部５０に入ることを可能にする複数の開口を備えている。透過水は生産水管４６内を第１の端部５２から第２の端部５４へ流れる。第１の端部５２は、入口３６から流入する供給水が膜４０を最初に通過することなく生産水管４６に入るのを防ぐようにシールされている。生産水管４６の第２の端部５４は移送管（図には示してない）に接続されており、膜４０によって精製された水は所望通りに使用され得る。

膜４０は、小さい容積中に大きな表面積を組み入れるために渦巻状のエレメントであるのが望ましい。膜４０は、１以上の膜リーフ６０及び供給スペーサーシート６２を中央の生産水管４６の周りに巻き付けることにより形成される。各々のリーフ６０は透過液キャリヤーシート６６を包囲する２枚のほぼ長方形の膜シート６４を含んでいる。リーフ６０の縁は生産水管４６と境を接していて、透過液キャリヤーシート６６が生産水管４６の開口４８と流体接触するようになっている。

ここで図２〜図４を参照して、本発明によると、生産水管４６の外面７０は、そこに形成され、透過水を生産水管１６の開口４８に向けて案内するように構成された、あるパターンのリッジ７２とチャネル７４を有する。望ましくは、チャネル７４の深さは約０．００２インチ〜約０．００５インチである。１つのチャネル７４の両側の隣接するリッジ７２の間の間隔は望ましくは約０．０２インチ〜約０．０６インチである。生産水管４６の外面７０上のリッジ７２は、隣接する膜リーフ６０を支持し、膜リーフ６０を開口４８から離して保持して、膜リーフ６０が開口４８内に引き込まれるのを防ぐ役に立つ。一実施形態では、単一の層の透過液キャリヤー６６が膜リーフ６０と生産水管４６との間で生産水管４６の周りに巻き付けられる。従って、透過液キャリヤー６６のリーダー（先端部）は、生産水管４６への取り付けを容易にするのに十分な長さをもっている必要があるだけである。

一実施形態では、リッジ７２とチャネル７４は生産水管４６の周りで螺旋状のパターンになっている。開口４８は、チャネル７４の底で生産水管４６の長さに沿って複数の列７８状に形成されている。一実施形態では、開口４８は、約０．１２５インチ（３．１８ｍｍ）の直径を有する円形の孔であって透過液を透過液キャリヤー６６から管４６の中心に案内し、透過液を管４６の外側から内側へ最小の圧力降下で運ぶように設計されている。

ここで図５及び６を参照すると、一実施形態では、生産水管４６の外面７０は、管４６の長さに沿って第１の方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ７２とチャネル７４を有し、生産水管の内面８０には、管４６の長さに沿って反対の方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ８２とチャネル８４が形成されている。生産水管４６を貫通する開口４８は外側のチャネル７４と内側のチャネル８４の交点に形成されている。

ここで図７及び図８を参照すると、別の実施形態の生産水管４６が示されている。この実施形態では、リッジ７２とチャネル７４は生産水管４６の外面７０上に互い違い状の陰影を付けたパターンで形成されている。これらのチャネル７４は、生産水管４６の内部につながる一連の互い違い状の狭い溝９０によって形成されている。生産水管４６のリッジ７２によって形成された組織化された外面７０は膜４０を支持し、溝９０は透過液のための流路を創成する。一実施形態では、溝９０の幅は０．０２インチ〜０．１０インチであり、溝の長さは０．０１０インチ〜１．００インチである。

望ましくは、生産水管４６は成形プロセスを用いて作成される。モールド管において、生産水管４６のパターン化された外面７０及び狭い溝４８は製造コストを殆ど又は全く変えることなく加えられ得る。溝４８の大きさと数はより低い圧力降下でより多くの流れを提供すると共に膜４０が損傷を受けないように十分小さくすることができ、また管の表面組織は必要とされる流路を提供することができると考えられる。生産水管４６を貫通する狭い溝４８及び管４６の外面７０上のパターンは、丸い孔及び多層の透過液キャリヤー６６を使用する場合と比べて改良であり、材料が少なくてすみ、その結果価格が節約され、より多くの活性膜面積が得られ、また流れ及び拒絶性能が改良されるであろう。

典型的な実施形態について本開示を例示し説明して来たが、いかなる意味でも本開示の思想から逸脱することなく様々な修正と置換をなすことができるので、開示した詳細に限定されることはない。また、当業者には本明細書に開示した内容のさらなる修正と等価物が通常の実験の範囲内で明らかであり、かかる修正と等価物は全て以下の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲内に入るものと考えられる。

Claims (1)

1. 濾過膜を有するフィルターエレメントと共に使用される生産水管であって、該生産水管は濾過膜からの透過液が管壁を通過して管の中心部に入ることができるように複数の開口が形成されている管壁を含んでおり、該管壁は管の外面を横切って開口に透過液を案内するあるパターンのリッジ及びチャネルを有する外面を有しており、生産水管の外面上のリッジ及びチャネルが管に沿って螺旋状のパターンをなしていて、生産水管の壁の外面が、管に沿って第１の方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ及びチャネルを有し、生産水管の壁の内面に、管に沿って反対方向に螺旋状に進む螺旋状のリッジ及びチャネルが形成され、前記開口が外側のチャネルと内側のチャネルの交点に形成されている、生産水管。