JPH05123545A - フイルターエレメント及びこれを備えた渦巻き形膜カートリツジ - Google Patents

フイルターエレメント及びこれを備えた渦巻き形膜カートリツジ

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JPH05123545A
JPH05123545A JP4113153A JP11315392A JPH05123545A JP H05123545 A JPH05123545 A JP H05123545A JP 4113153 A JP4113153 A JP 4113153A JP 11315392 A JP11315392 A JP 11315392A JP H05123545 A JPH05123545 A JP H05123545A
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membrane
permeate
cartridge
heat
edges
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JP4113153A
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English (en)
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Eric L Sandstrom
エリツク・エル・サンドストロム
Alfred Prokop
アルフレツド・プロコプ
Ii William H Young
ウイリアム・エイチ・ヤング・ザ・セカンド
Urso Anthony M D
アンソニー・エム・ダルソー
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WR Grace and Co
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WR Grace and Co
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/101—Spiral winding

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、渦巻き形膜カートリッジ、
かかるカートリッジに使用しうるフィルターエレメン
ト、及びカートリッジ完成品内に何等の接着剤もなくか
かるカートリッジを製造する方法を提供することにあ
る。 【構成】 円筒状の透過液輸送管に渦巻き状に巻かれた
１個又は複数個のフィルターエレメントを備えた改良さ
れた渦巻き形膜カートリッジにおいて、各フィルターエ
レメントはヒートシールされた膜要素及び供給液スペー
サーを備え、そして、本発明の渦巻き形膜カートリッジ
は接着剤を含まず、カートリッジの信頼性と耐久性を改
良する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、渦巻き形膜カートリッジ、か
かるカートリッジに使用しうるフィルターエレメント、
及びカートリッジ完成品内に何等の接着剤もなくかかる
カートリッジを製造する方法に関する。より特別には、
本発明は、多数の軸方向のポートを有する円筒状の透過
液輸送管、及び輸送管に渦巻き状に巻かれた１個又は複
数個のフィルターエレメントを備え、各フィルターが膜
要素及び供給液スペーサーを有する渦巻き形膜カートリ
ッジに関する。各膜要素は、１対の膜、例えばヒートシ
ールできる裏打ち層を持ち周囲をヒートシールされた半
透膜の間に挟み込まれた透過性のキャリヤー層を備え
る。
【０００２】浄水用、希釈混合液又は溶液の濃縮用、及
び廃棄物処理及び／又はリサイクル可能成分の回収用の
ような種々の広範な用途において液体の分離を行うため
に半透膜を有する濾過装置が使用される。
【０００３】渦巻き形膜カートリッジは、比較的小さな
空間内で大きな膜面積を取れる利点のため、かかる用途
における有効な濾過ができる。渦巻き形フィルターエレ
メントは、例えば米国特許第４９０２４１７号に説明さ
れ、その開示するところは参考資料としてここに取り入
れられる。通常の渦巻き形膜カートリッジは、間に膜要
素が配置される透過性のキャリヤー層を有する１対の平
らな膜の縁に沿って接着剤ビードを走らせ、多数のこれ
らの膜要素を、要素間に挟み込んだ供給液スペーサーと
共に渦巻き状に巻き、そして接着剤を硬化させて膜要素
の縁を封鎖するように加熱することにより製造される。
次いで、要素のほどけることを防ぐため、即ち、カート
リッジを渦巻き形に維持するために、接着テープ又はそ
の他によりカートリッジの外側を巻くのが普通である。
【０００４】かかる普通の渦巻き形膜カートリッジの一
つの欠点は、その製造の際の接着剤の使用が、溶剤及び
／又はその他の過激な溶液の濾過を含んだ用途での有効
性を減らすことである。このような溶剤及び溶液は、膜
カートリッジ内の接着剤の劣化を生じ、濃縮液の汚染及
び／又は透過をもたらし、これは医薬品及び生物医学の
用途においては特に有害である。接着剤の破壊は、更に
最終的にカートリッジの破損をもたらすことがある。
【０００５】加えて、かかるカートリッジの製造に使用
される工程には、カートリッジ全体を同時に組み合わせ
ることと、次いでこれの完全性を試験することが含まれ
る。これは、必然的に、装置の一つの要素が故障する
か、又はカートリッジの組立てに問題があれば、全装置
が最終検査で不合格になるであろうということを意味す
る。カートリッジは接着剤の硬化後は分解できないの
で、不完全なカートリッジは廃棄しなければならない。
組立て前に各要素を個々に試験し、全組立体を廃棄する
のではなくて不完全な要素を廃棄するならば、そうでな
い場合よりも製造費用が遥かに少なくて済む。完成品の
カートリッジが修理のために容易に分解可能であれば更
に有利である。
【０００６】従って、化学的な抵抗性が非常に大きく、
厳しい用途に対して長期に亙り良好な信頼性を持った渦
巻き形膜カートリッジを提供することが、濾過技術にお
いて望まれていた。更に、製造が簡単かつ経済的であ
り、要素と要素との組立及び分解ができるカートリッジ
を提供することが望まれてきた。
【０００７】
【発明の概要】上述の従来技術の諸問題は本発明の膜カ
ートリッジにより克服された。個々にヒートシールされ
た多数の要素を製造し、次いで個々に完全性を検査し、
接着剤なしで、かつ故障要素の交換による修理のために
容易に分解できる最終製品の形に組み立てて渦巻き形膜
カートリッジを製造できる新規な方法が見出だされた。
本発明は、かかる方法により製造された渦巻き形膜カー
トリッジ、このカートリッジに用いられる個々にヒート
シールされた膜要素、及びこれら膜要素の新規な製造方
法に関する。本発明のカートリッジにおいては、各膜要
素は供給液スペーサーと組になってフィルターエレメン
トを形成する。
【０００８】本発明の渦巻き形膜カートリッジを形成す
るには、多数の軸方向の孔を有する透過液輸送管の回り
に、１個又は複数個の本発明のフィルターエレメントが
渦巻き状に巻き付けられる。各フィルターエレメント
は、膜要素が透過液輸送管と連通するように配置され、
かつ供給液スペーサーは流体が渦巻き、即ち膜要素の渦
巻き層の間を通って流れうるような位置に保持される。
【０００９】各膜要素は、膜面及びこれにヒートシール
され少なくも１個の透過液ポートを有するヒートシール
可能な裏打ち面を持った第１の膜要素、膜面とヒートシ
ール可能な裏打ち面とを有する第２の膜要素、及び第１
の膜と第２の膜との間に挿入された透過液キャリヤー層
を備え、第１及び第２の膜はその全周の回りで互いにヒ
ートシールされる。
【００１０】各膜要素及び透過液輸送管との間の流体の
連通は、膜要素の一方の膜にヒートシールされた透過液
ポートを輸送管の軸方向孔の一つの中に差し込むことに
より行なわれる。供給液スペーサーは、好ましくは、輸
送管のすぐ近くに配置され、従って各透過液ポートは供
給液スペーサーの孔を通して差し込むことができ、供給
液スペーサーを有利な位置に保持する。しかし、供給液
スペーサーは流体が供給液スペーサーを経て渦巻きを通
り流れうる限り、異なった位置に置かれ、異なった方法
で保持してもよい。
【００１１】フィルターエレメントを渦巻き形に巻いた
後に、カートリッジを渦巻き形に保つためにスリーブ要
素又はその他の保持用手段が使用される。
【００１２】本発明は、その方法の態様において、次の
諸段階を備えた個々のヒートシールされた膜要素の製造
方法に関する。
【００１３】a) 膜面及びこれにヒートシールされた透
過液ポートのあるヒートシール可能な裏打ち面を有する
第１の膜、並びに膜面及びヒートシール可能な裏打ち面
を有する第２の膜を準備し; b) 第１の膜の裏打ち面と第２の膜の裏打ち面との間に
膜／キャリヤー組立体を形成する透過液キャリヤー層を
挿入し; c) 膜／キャリヤー組立体を仮のスペーサー要素と共に
渦巻き形に巻き、前記スペーサー要素は組立体の曲率半
径が膜要素を渦巻き形膜カートリッジに巻いたときのそ
れと同じになるような厚さを有し; d) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の縁を一時的に接合
し; e) 一時的に接合された縁の内側で組立体をヒートシー
ルするために、接合された膜／キャリヤー組立体を逐次
繰り出すと同時に一時的に接合された縁をヒートシール
用手段を通して引き; 更に f) 一時的に接合された縁を取り去る。
【００１４】上述の工程のある点、又は要素の使用以前
において、膜要素の２個の幅方向端部がヒートシールさ
れ、従って膜の外周は透過液キャリヤー層の回りで完全
に封鎖される。
【００１５】本発明は、更に、上述のように１個又はそ
れ以上の膜要素をを形成し; 流体が巻かれた渦巻きを通
って流れうるように配された供給液スペーサーを準備
し; 膜要素の透過液キャリヤー層と透過液輸送管との間
の連通を確立し; 渦巻き形カートリッジを形成するよう
に透過液輸送管の回りに膜要素と供給液スペーサーとを
渦巻き状に巻き; 更に巻かれたカートリッジを渦巻き形
に保持するために保持用手段を設ける諸段階を含んだ渦
巻き形膜カートリッジの形成方法に関する。
【００１６】好ましい方法においては、各供給スペーサ
ーは円筒状の透過液輸送管に直接隣接して配され、供給
スペーサーを通して輸送管の孔内に透過液ポートが挿入
され、供給液スペーサーは流体の流れを支援する有利な
位置に保持される。
【００１７】本発明の製品及び方法の好ましい実施例が
図面を参照し以下更に詳細に説明されるであろう。
【００１８】
【発明の詳細説明】本発明の好ましい実施例が、図面を
参照し以下詳細に説明されるであろう。全図面を通じて
同様な番号は同様な部品を示す。
【００１９】図１は本発明の渦巻き形膜カートリッジが
使用できる濾過装置の図式的な正面断面図である。本発
明のカートリッジは、その他の濾過装置、例えば電気透
析又は液・液の膜抽出に使用される装置での使用にも適
している。図１の装置においては、外側ハウジング２の
中に渦巻き形カートリッジ１(その詳細は明瞭のため省
略される)が配される。矢印Ａ、Ａ'及びＢは装置を通る
液体の流路を示す。システム流、又は供給流は矢印Ａで
示されるように入り、装置を通って流れる。側部のプラ
グ６が渦巻き形カートリッジの回りの供給液の流れを防
ぎ、供給液をカートリッジ内に導く。カートリッジ内の
個々の膜要素は総てがその縁の周囲で封鎖され、従って
供給液は供給液スペーサーにより形成された通路を経て
カートリッジ内に流入する。供給液が装置を通って流れ
膜要素を通過するとき、膜を通過しうる供給液(透過
液、矢印Ｂで示される)は膜を通過し、透過液キャリヤ
ー層により透過液ポート１４に輸送される。次いで、透
過液は透過液輸送管１６内に落ち、装置から出ていく。
(プラグ４は透過液が管の頂部を通って漏れることを防
止する。) 一方、膜を通過できない供給液(濃縮液)は
通路を通りその濃度を増加し、最後に濃縮供給液として
(矢印Ａ'で示されたように)カートリッジ及び装置から
出る。
【００２０】図２は、渦巻き形カートリッジを通る液体
の流れを更に詳細に示す。カートリッジを部分的に展開
したこの図面は、渦巻き形カートリッジの個々の要素を
示す。図１を参照して上に説明したように、供給液Ａは
供給スペーサー３０を経てカートリッジを通って流れ
る。供給液が膜２６及び２２を通って(ＡからＡ'に)流
れると、透過液Ｂはどちらかの膜を通って移動し、透過
液キャリヤー層２４によりカートリッジの中心に運ば
れ、ここで孔１４を通り透過液輸送管１６内に流入す
る。次いで、透過液Ｂは輸送管を経てカートリッジ外に
流れ、一方濃縮された供給液又は濃縮液Ａ'はカートリ
ッジを通り反対側の端部から出る。
【００２１】(長手方向中心線に垂直な)半径方向に得ら
れた図２の膜カートリッジの断面図が図３に示される。
膜カートリッジは３個のフィルターエレメント３２／３
０a、b及びcよりなり、その各は膜要素３２と供給スペ
ーサー３０とから作られる。これらのフィルターエレメ
ントは円筒状の透過液輸送管１６の回りに渦巻き状に巻
かれ、各の透過液キャリヤー層は、それぞれ透過液ポー
ト１４a、b及びcを経て透過液輸送管と連通する。輸送
管には、製造が容易でありかつ渦巻き形に巻くための基
礎として望ましいため、円筒状の輸送管、即ち断面が円
形の外側面を持った管が使用される。各透過液ポート、
及びこれに対応した透過液輸送管の孔の内面との間に配
されたシール用ガスケット１５が、これらの間の液体の
漏洩を防止する。詳細図３Ａはこのシールの分解組立図
を示し、このシールは、透過液流輸送管の孔の壁と透過
液ポートの外壁との間の弾性ガスケットの圧縮により形
成された「側方シール」である。このシールの性質は、こ
れを何等の下向き圧力なしに維持できることであり、従
ってカートリッジが密に巻かれていない場合でも液体封
止が形成される。
【００２２】最終組立の前のカートリッジの分解図を図
４に示す。(この図面では、明瞭にするためフィルター
エレメントは２個だけが示される。) カートリッジが
組み立てられたとき、透過液ポート１４a及び１４bは輸
送管の孔２０内に入れられ、透過液輸送管１６と透過液
キャリヤー層２４との間の連通を形成する。供給液スペ
ーサー３０が各膜要素３２と透過液輸送管１６との間に
配され、各透過液ポートは供給液スペーサーの孔２１を
通って延び、供給液スペーサーを輸送管に固定する。フ
ィルターエレメントが輸送管の回りに渦巻き状に巻かれ
ると、流れスペーサーが個々の膜要素間の開放流路を形
成し、これによりプロセス流体(供給液)は容易にカート
リッジを通過して流れることができる。(透過液の流れ
は再び矢印Ｂで示される。)図４に見られるように、各
膜要素３２は、外側膜２２、内側膜２６、及び両者間に
配された透過液キャリヤー層２４より構成される。各膜
要素の全周はヒートシールされ、ヒートシールされた縁
２８を形成する。膜要素は１枚の膜を二つ折りにして三
方の縁をヒートシールして形成することもできるが、本
発明の膜要素は、膜を折るときに生じうる亀裂をさける
ために、四方の縁の総てがヒートシールされた２枚の膜
で形成される。
【００２３】各膜要素はそれぞれヒートシールにより形
成されるので接着の必要が無くなり、更に各要素はカー
トリッジのその他の要素と共に組み立てられるより以前
に別々に試験することができる。更に、別々のヒートシ
ールされた膜要素の使用により、膜カートリッジ組立体
を修理のために容易に分解することができる。
【００２４】仕上げられた渦巻き形膜カートリッジは、
図４に示された部分組立構造体より作られる。この構造
体は、渦巻き形になるように透過液輸送管の回りにフィ
ルターエレメントを渦巻き状に巻き、出来上がりのカー
トリッジをこの渦巻き形に維持するために保持用手段、
例えば渦巻きの回りに外側スリーブを設ける。
【００２５】上述のような、本発明のヒートシールされ
た膜要素は、以下の段階を含んだ方法で作られることが
好ましい。膜面及びヒートシールされた透過液ポートを
有するヒートシール可能な裏打ち面を有する第１の膜を
準備する。更に、膜面及びヒートシール可能な裏打ち面
を有する第２の膜を準備し、第１及び第２の膜の裏打ち
面の間に透過液キャリヤー層を挟み込む。次に、この膜
／キャリヤー組立体を臨時的なスペーサー部材と共に、
仕上がりの渦巻き形カートリッジと同じ直径を持った渦
巻きに巻く。即ち、膜／キャリヤー組立体が供給液スペ
ーサー及び選択的にその他のフィルター要素と共に巻か
れとき、その曲率半径が仕上がりの膜要素の曲率半径と
同じになるように巻かれる。この段階においては、組立
体を湾曲した形状でヒートシールすることができ、従っ
て得られる膜要素は、膜要素を平らな状態でヒートシー
ルしてから巻く場合に生ずるようなヒートシールのし
わ、緊張、及びその他の問題なしに、容易にこれを巻く
ことができる。
【００２６】次に、膜／キャリヤー組立体の縁を一時的
に接合する。スペーサー部材は膜／キャリヤー組立体よ
りも幅が狭く、組立体の捲回が一緒に接合されないよう
に捲回間に空間を残す(図５、１枚目、段階１１０参
照)。次に、仮接合された縁がヒートシール手段、例え
ばヒーターバーを通して引かれ、仮接合された縁の内側
でヒートシールされる。ヒートシール作業の後、仮接合
された縁は、好ましくは各ヒートシール部分を通る切断
により除去される。上記方法のある点において、又はそ
の後の要素の使用前に、膜要素の２個の幅方向の端部が
ヒートシールされ、膜の周囲は透過液キャリヤー層の回
りで完全に封鎖される。
【００２７】膜要素、及びこの要素を含んだ本発明のカ
ートリッジを製造する特に好ましい方法が図５に示され
る。段階１０１において、面３８、ヒートシール可能な
裏打ち３６及び孔３４を有する第１の膜２６が準備され
る。段階１０２において、各透過液ポート１４がヒート
シール可能な裏打ち面３６にシールされかつ膜面３８の
上方の孔３４を通って突き出すように、各ポートが孔３
４を通されヒートシールされる。段階１０３及び１０４
において、透過液キャリヤー層２４及び第２の膜２２が
準備される。段階１０５において、透過液キャリヤー層
２４が２個の膜の膜裏打ち面３６の間に配置され、従っ
て膜の膜面は外に面し、ヒートシール可能な裏打ち３６
は互いに向かい合う。次いで、このように形成された膜
要素３２が、段階１０６において、好ましくはポートに
最寄りの縁においてヒートシールされ、ヒートシールさ
れた領域２８aを形成する。段階１０７において、ヒー
トシールされた領域と組立体の縁との間の領域４０がヒ
ートシールに接近して切り取られる。段階１０８におい
て、好ましくは心棒４２、短いコア４６、及び膜が巻か
れるときにこれを均一に収容する取り外し可能な広がっ
たハブ４４を備えた捲回手段が準備される。次に、膜要
素３２が臨時のスペーサー部材４８と共に短いコアに取
り付けられ、段階１０９において渦巻き形(ロール)に巻
かれる。膜要素がその他の膜要素及び付随の供給液スペ
ーサーと共に巻かれたときに、最終のカートリッジ組立
体における膜要素の曲率半径と同じ曲率半径を有する形
状に膜要素を巻くために、好ましくは弾性的なシートの
臨時のスペーサー部材４８が準備される。
【００２８】捲回作業に次いで、捲回用手段が除去され
(例えば心棒と広がったハブとが除去され、一方短いコ
アは渦巻き中に残される)、段階１１０において、図示
の例においてはロールの一方の端部を接着剤の槽５０内
に浸漬し、接着剤を固化させ、更に他端で繰り返すこと
により、膜要素を仮に接合する。一方の端部を浸漬させ
て低粘度の接着剤をロール内に全体的に染み込ませ、次
いで直ちに他方の端部を浸漬させるようにロールを転倒
させるようにして、一端の浸漬及び固化を一度に行うこ
とが好ましい。また、スペーサー部材が接着剤中に浸漬
しロール内に接合することのないように、スペーサー部
材は膜要素よりも幅が狭く、かつロールの各端部におい
て膜要素の捲回の間に間隙が形成されるように幅方向の
中央に置かれることが必要である。スペーサーによって
このように形成された間隙のため、膜要素同士が接合す
ること無しに膜要素の縁を接合させることができる(即
ち、膜要素は渦巻き形に保持されず、自由にほどくこと
はできる)。巻かれた膜要素を接着剤槽から取り出した
後に、段階１１１に示されるように、透過液ポートから
最も遠い縁がヒートシールされ、ヒートシール領域２８
bを形成することが一般に好ましい。膜要素は総ての辺
が接合され／封鎖され、即ちヒートシール２８a及びbに
よりその端部が、また接着剤接合５２によりその長手方
向の縁が封鎖される。段階１１２において、捲回用手
段、即ち心棒及び広がったハブが、巻かれた膜要素に再
取付けされ、段階１１３において膜要素が加熱用手段に
より(この実施例においては４個のヒーターバー組立体
５４を通過して引かれることにより)封鎖され、接着剤
で接合された縁５２の直ぐ内側にヒートシール領域２８
c及び２８dが形成される。このヒートシール作業は、完
全なシールを形成する適宜の方法を使用して成し遂げら
れる。本発明による好ましい方法は一度に小さな部分を
ヒートシールすることであり、更に好ましくはヒートシ
ールを重ねること、即ち、シールされた領域の部分のち
ょうど上に材料を裏打ちしかつヒートシールすることで
ある。これは、所要の曲率半径を持った平滑なシールを
形成する特にに有効な方法である。また、シールされた
材料を、その性質に従って、加熱用手段の後方で巻き上
げうるようにすることもまた好ましい。次いで膜要素が
心棒及びスペーサー部材から外され、更に段階１１４に
おいて、ヒートシール領域２８と接着剤で接合された縁
５２との間の領域５６が切り取られる。シールされない
領域が切られ又は裂かれる可能性が無いように、この縁
は好ましくはヒートシールの部分を通って切り取られ
る。所要個数(この実施例においては３個)だけ個々の膜
要素を形成するために、段階１０１−１１４が繰り返さ
れる。各膜要素は段階１１５以前に完全性の試験をする
ことができる。段階１１５、１１７及び１１９におい
て、適切な長さの供給液スペーサー３０が準備される。
本発明の一実施例においては、あるシートは他のシート
より長く、これが捲回作業の最後の捲回においてカート
リッジの外側の回りを囲み外側供給液スペーサーとして
作用し、かつ保持用手段としてそれ自体の上に選択的に
接合できる。段階１１６、１１８及び１２０において、
供給液スペーサー及び膜フィルターエレメントが、上記
図３に関し説明された方法で透過液輸送管１６に取り付
けられる。次いで、透過液輸送管が、段階１２２に示さ
れた完成した渦巻き形組立体が形成されるまで、段階１
２１に示されるように要素が渦巻き状に巻かれるように
回転される。最良の結果を得るためには、捲回の張力
を、それが最適でありかつカートリッジとカートリッジ
とで一定であるように制御すべきである。これは、公知
の通常の技術を使用し達成できる。
【００２９】図５及びこれに付随した説明は、本発明の
渦巻き形膜組立体を形成する好ましい方法を示す。この
方法の中の諸段階は、各膜要素が平滑にシールされ、液
体封止のシールが要素の総ての縁の回りに形成され、更
にヒートシールが形成され、同時に膜要素が最終の渦巻
き形膜組立体に巻かれたときに有するであろう形状に保
たれる限り、変更可能である。例えば、段階１１０にお
いて巻かれた膜要素の端部を接着剤中に浸漬した代わり
に、端部をかがり又はその他で一時的に固定することが
できる。
【００３０】渦巻き形膜組立体の形成には適宜の希望数
のフィルターエレメントを使用できる。処与の外径を持
ったカートリッジは一定の面積の膜面を有するであろ
う。カートリッジは、少数の長いフィルターエレメン
ト、又は多数の短いフィルターエレメントのいずれを備
えてもよい。与えられた用途に対してどちらが望ましい
かは、比較的少数のエレメントを有するカートリッジ製
造の費用効果に対する多数エレメントで得られる費用効
果との比較により決定されるであろう。多数のフィルタ
ーエレメントが使用される場合は、大きな直径の透過液
輸送管が一般に要求されるであろう。(あるいは、透過
液キャリヤー層と透過液輸送管との間に透過液ポートで
はなくて流体を流す別の手段が設けられる。)フィルタ
ーエレメントが段階１２２の最終の渦巻き形膜組立体を
形成するように渦巻きに巻かれた後で、組立体は保持用
手段により、例えばこれを外側の被覆で包むことによ
り、その渦巻き形が保たれる。従来技術においては、こ
の被覆は、一般にその面に感圧接着剤を有するプラスチ
ックのテープであった。しかし、本発明においては、カ
ートリッジの接着剤を完全に無くすため、外側被覆は接
着剤無しであることが好ましい。これは種々の方法で達
成され、その２種は、不活性シュリンク包装チューブ、
例えばテフロン(商品名)ポリテトラフルオルエチレン
(ＰＴＦＥ)、あるいは不活性メッシュチューブ(例え
ば、ポリプロピレンメッシュ製のチューブ)の使用であ
る。また上述のように、完全に渦巻き形に巻かれたとき
にカートリッジの外側の回りを延び、それ自体にヒート
シールできる１個の長い供給液スペーサーを形成するこ
とも有利である。
【００３１】渦巻き形膜カートリッジに使用される材料
は、問題の特定の用途に適するように技術者により選定
されるであろう。一般に、カートリッジに使用される総
ての材料は、化学的に不活性でありかつ耐薬品性のもの
であることが好ましい。その他の要求は与えられた用途
の使用条件に依存するであろう。
【００３２】本発明の膜要素に使用するに好ましい膜
は、ポリスルフォン膜及びその他のポリマー膜のような
逆浸透膜、ミクロ細孔膜又は限外濾過膜、酢酸セルロー
ズ膜、複合膜及び類似物を含む。特に好ましい膜はポリ
オレフィンの裏打ちを持ったポリマー膜である。しか
し、ヒートシール温度に耐え、ヒートシールしうる膜裏
打ちを有し、渦巻き形膜の用途に適したいかなる材料も
使用できる。最適のヒートシール温度は、膜、膜裏打ち
及び使用されるヒーター型に依存して、用途より変わる
であろう。
【００３３】膜要素の透過液キャリヤー層としての使用
に適した材料は、公知のように多孔性のフェルト、織物
又は布材料とすることができる。適当な材料は織物又は
不織のポリマーを含む。
【００３４】供給液スペーサーは、カートリッジを通っ
て圧送される液体が透過の生ずる総ての膜面と接触して
流れるうるように、膜要素の向かい合った膜面の間に空
間を維持する適宜の材料で形成することができる。好ま
しい材料はポリマーの格子、波型又は網状の材料のよう
な適切に開口した流路形成用格子材料である。これらの
内で好ましいものは、商品名ベクサー(ＶＥＸＡＲ)でネ
イル・プラスチックス(Ｎalle Ｐlastics)より市販のよ
うなポリプロピレン又はその他のポリオレフィン網織材
料である。
【００３５】透過液輸送管は、意図された商業的用途と
両立しうる適宜の適切な強固な材料で作ることができ
る。高力不活性プラスチック、例えばポリスルフォン、
ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンオキシドが好まし
い。透過液ポートは同様な材料で作りうるが、膜にヒー
トシールしうるようにヒートシール可能な材料であるこ
とが好ましい。
【００３６】図３及び４に関して説明されたように、透
過液ポートは膜裏打ちに好ましくはヒートシールにより
取り付けられ、透過液輸送管の孔の中に漏洩なしに取り
付けられる。膜要素の透過液キャリヤー層と透過液輸送
管との間の水密シールを確保し、従って透過液ポートを
通る漏洩なしの連通を確保し、これにより透過液への供
給液の侵入を防止するために、詳細図３Ａに示されるよ
うに、透過液ポートと透過液輸送管との間に封鎖用ガス
ケットを設けることが好ましい。この特徴は、従来、フ
ィルターエレメントを透過液輸送管に接合するために使
用された接着剤の使用も不要にする。
【００３７】以上の説明及び付属図面は特徴の説明のた
めに意図されたものである。本発明の精神及び範囲より
離れることなく当業者によりその他の変更及び変化が実
行可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の渦巻き形膜カートリッジを有する濾過
装置の図式的な側方断面図を示す。
【図２】カートリッジを通る透過液と濃縮液の流路を示
す本発明の１実施例による渦巻き形膜カートリッジの分
解図を示す。
【図３】図３Ａは半径方向に得られた図１のカートリッ
ジの断面図である。図３Ｂは透過液ポートと透過液輸送
管との間のシールの拡大図である。
【図４】カートリッジの最終組立の前における本発明の
渦巻き形膜カートリッジの要素を示す。
【図５】本発明の１実施例によるフィルターエレメント
を形成する工程を示す線図的な流れ図である。
【図６】本発明の１実施例によるフィルターエレメント
を形成する工程を示す線図的な流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルフレツド・プロコプ アメリカ合衆国マサチユセツツ州01845ノ ースアンドーバー・デイアメドウロード10 (72)発明者 ウイリアム・エイチ・ヤング・ザ・セカン ド アメリカ合衆国ニユーハンプシヤー州 03827イーストキングストン・パインウツ ズロード21 (72)発明者 アンソニー・エム・ダルソー アメリカ合衆国マサチユセツツ州01835ブ ラツドフオード・フアーウツドドライブ68

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 a) 多数の軸方向の孔を有する円筒状の
    透過液輸送管; b) 前記透過液輸送管に回りに巻かれた少なくも１個の
    フィルターエレメントを備え; 前記フィルターエレメン
    トは i) 供給液スペーサー; 及び ii) 膜面及びヒートシールされた透過液ポートのある
    ヒートシール可能な裏打ち面を有する第１の膜、膜面及
    びヒートシール可能な裏打ち面を有する第２の面、並び
    に第１の膜と第２の膜との間に挟み込まれた透過液キャ
    リヤー層を備え、膜はそれらの全周の回りで一緒にヒー
    トシールされ;膜要素の透過液キャリヤー層と透過液輸
    送管との間に封鎖された連通を確立するために透過液ポ
    ートが軸方向の孔の一つと封鎖組合いをするようにフィ
    ルターエレメントが透過液輸送管の回りに巻かれた渦巻
    き形膜カートリッジ。
  2. 【請求項２】 カートリッジを渦巻き形に保つ保持用手
    段を更に備えた請求項１の膜カートリッジ。
  3. 【請求項３】 保持用手段がＰＴＦＥのシュリンク包装
    である請求項２の膜カートリッジ。
  4. 【請求項４】 保持用手段がメッシュ管である請求項２
    の膜カートリッジ。
  5. 【請求項５】 膜が限外濾過膜である請求項１の膜カー
    トリッジ。
  6. 【請求項６】 水密シールが形成されるように透過液ポ
    ートと透過液輸送管との間に配されたシール用ガスケッ
    トを更に備えた請求項１の膜カートリッジ。
  7. 【請求項７】 １個ないし１２個のフィルターエレメン
    トを備えた請求項１の膜カートリッジ。
  8. 【請求項８】 膜がポリオレフィンの裏打ちを有するポ
    リマー膜である請求項１の膜カートリッジ。
  9. 【請求項９】 供給液スペーサーがポリマーの格子及び
    メッシュ材料よりなるグループから選定される請求項１
    の膜カートリッジ。
  10. 【請求項１０】 供給液スペーサーがプラスチックの網
    製品である請求項１の膜カートリッジ。
  11. 【請求項１１】 プラスチックの網製品がポリプロピレ
    ンの網製品である請求項１０の膜カートリッジ。
  12. 【請求項１２】 透過液キャリヤー層が織物又は不織の
    ポリマーである請求項１の膜カートリッジ。
  13. 【請求項１３】 a) 膜面及びヒートシールされた透過
    液ポートのあるヒートシール可能な裏打ち面を有する第
    １の膜、並びに膜面及びヒートシール可能な裏打ち面を
    有する第２の膜を準備し; b) 膜／キャリヤー組立体を形成するように第１の膜の
    裏打ち面と第２の膜の裏打ち面との間に透過液キャリヤ
    ー層を挿入し; c) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の曲率半径が膜要素
    を渦巻き形カートリッジに巻いたときのその曲率半径と
    同じになるように、膜／キャリヤー組立体を一時的なス
    ペーサー要素と共に渦巻き形に巻き; d) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の縁を一時的に接合
    し; e) 一時的に接合された縁の内側で組立体をヒートシー
    ルするために、一時的に接合された縁をヒートシール用
    手段を通して引くと同時に接合された膜／キャリヤー組
    立体を逐次繰り出し; 更に f) 一時的に接合された縁を取り去る諸段階を含んだ方
    法により作られた渦巻き形膜カートリッジ用の膜要素。
  14. 【請求項１４】 膜の全周がヒートシールされるように
    膜要素の幅方向の縁を封鎖する段階を更に含んだ請求項
    １３の膜要素。
  15. 【請求項１５】 膜がポリオレフィンの裏打ちを有する
    ポリマーの膜である請求項１３の膜要素。
  16. 【請求項１６】 透過液キャリヤー層が織物又は不織の
    ポリマーである請求項１３の膜要素。
  17. 【請求項１７】 巻かれた組立体の縁を接着剤槽に浸漬
    し更に接着剤を固化させることにより縁が一時的に接合
    される請求項１３の膜要素。
  18. 【請求項１８】 一方の縁が接着剤槽の中に浸漬され次
    いで接着剤が他方の端部の浸漬以前に固化される請求項
    １７の膜要素。
  19. 【請求項１９】 重なっているヒートシールされた領域
    の形成により縁がヒートシールされる請求項１３の膜要
    素。
  20. 【請求項２０】 一時的に接合された領域がヒートシー
    ルされた領域の部分を通る切断により除去される請求項
    １３の膜要素。
  21. 【請求項２１】 a) ヒートシールされた透過液ポート
    のあるヒートシール可能な裏打ち面と膜面とを有する第
    １の膜、及びヒートシール可能な裏打ち面と膜面とを有
    する第２の膜を準備し; b) 膜／キャリヤー組立体を形成するように第１の膜の
    裏打ち面と第２の膜の裏打ち面との間に透過液キャリヤ
    ー層を挿入し; c) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の曲率半径が膜要素
    を渦巻き形カートリッジに巻いたときのその曲率半径と
    同じになるように、膜／キャリヤー組立体を一時的なス
    ペーサー部材と共に渦巻き形に巻き; d) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の縁を一時的に接合
    し; e) 一時的に接合された縁の内側で組立体をヒートシー
    ルするために、一時的に接合された縁をヒートシール用
    手段を通して引くと同時に接合された膜／キャリヤー組
    立体を逐次繰り出し; 更に f) 一時的に接合された縁を取り去る諸段階を含んだ渦
    巻き状に巻かれた膜カートリッジ用の膜要素の製造方
    法。
  22. 【請求項２２】 膜の全周がヒートシールされるように
    膜要素の幅方向の縁を封鎖する段階を更に含んだ請求項
    ２１の方法。
  23. 【請求項２３】 膜がポリオレフィンの裏打ちを有する
    ポリマーの膜である請求項２１の方法。
  24. 【請求項２４】 透過液キャリヤー層が織物又は不織の
    ポリマーである請求項２１の方法。
  25. 【請求項２５】 巻かれた組立体の縁を接着剤槽に浸漬
    し更に接着剤を固化させることにより縁が一時的に接合
    される請求項２１の方法。
  26. 【請求項２６】 一方の縁が接着剤槽の中に浸漬され次
    いで接着剤が他方の端部の浸漬以前に固化される請求項
    ２１の方法。
  27. 【請求項２７】 重なっているヒートシールされた領域
    の形成により縁がヒートシールされる請求項２１の方
    法。
  28. 【請求項２８】 一時的に接合された領域がヒートシー
    ルされた領域の部分を通る切断により除去される請求項
    ２１の方法。
  29. 【請求項２９】 a) １個又は複数個の膜要素を準備
    し、その各は膜面及びヒートシールされた透過液ポート
    のあるヒートシール可能な裏打ち面を有する第１の膜、
    並びに膜面及びヒートシール可能な裏打ち面を有する第
    ２の面を備え、透過液キャリヤー層が第１の膜の裏打ち
    面と第２の膜の裏打ち面との間に挟み込まれ、膜はそれ
    らの全周の回りで一緒にヒートシールされ; b) 透過液ポートを供給液スペーサーの孔を通して軸方
    向の孔の一つの中に取り付けるように各膜要素と軸方向
    の孔のある透過液輸送管との間に供給液スペーサーを挟
    み込み、供給液スペーサーと膜要素とを輸送管に固定し
    更に膜要素の透過液キャリヤー層と透過液輸送管との間
    の連通を確立し; c) 渦巻き状に巻かれたカートリッジを形成するために
    膜要素と供給液スペーサーとを透過液輸送管の回りに渦
    巻き状に巻き; d) 巻かれたカートリッジを渦巻き状に保つために保持
    用手段を準備する諸段階を含んだ渦巻き形幕カートリッ
    ジの形成方法。
  30. 【請求項３０】 保持用手段がＰＴＦＥのシュリンク包
    装である請求項２９の方法。
  31. 【請求項３１】 保持用手段がメッシュの管である請求
    項２９の方法。
  32. 【請求項３２】 水密シールが形成されるように透過液
    ポートと透過液輸送管との間にシール用ガスケットを配
    備する段階を更に備えた請求項２９の方法。
  33. 【請求項３３】 膜カートリッジが１個ないし１２個の
    フィルターエレメントを備えた請求項２９の方法。
  34. 【請求項３４】 膜がポリオレフィンの裏打ちを有する
    ポリマーの膜である請求項２９の方法。
  35. 【請求項３５】 供給液スペーサーがポリマーの格子及
    びメッシュ材料よりなるグループから選定される請求項
    ２９の方法。
  36. 【請求項３６】 供給液スペーサーがプラスチックの網
    製品である請求項２９の方法。
  37. 【請求項３７】 プラスチックの網製品がポリプロピレ
    ンの網製品である請求項３６の方法。
  38. 【請求項３８】 透過液キャリヤー層が織物又は不織の
    ポリマーである請求項２９の方法。
  39. 【請求項３９】 a) １個又は複数個の膜要素を準備
    し、その各は膜面及びヒートシールされた透過液ポート
    のあるヒートシール可能な裏打ち面を有する第１の膜、
    並びに膜面及びヒートシール可能な裏打ち面を有する第
    ２の面を備え、透過液キャリヤー層が第１の膜の裏打ち
    面と第２の膜の裏打ち面との間に挟み込まれ、膜はそれ
    らの全周の回りで一緒にヒートシールされ; b) 各膜要素の完全性を検査し; c) 透過液ポートを供給液スペーサーの孔を通して軸方
    向の孔の一つの中に取り付けるように各膜要素と軸方向
    の孔のある透過液輸送管との間に供給液スペーサーを挟
    み込み、供給液スペーサーと膜要素とを輸送管に固定し
    更に膜要素の透過液キャリヤー層と透過液輸送管との間
    の連通を確立し; d) 渦巻き状に巻かれたカートリッジを形成するために
    膜要素と供給液スペーサーとを透過液輸送管の回りに渦
    巻き状に巻き; e) 巻かれたカートリッジを渦巻き状に保つために保持
    用手段を準備する諸段階を含んだ渦巻き形幕カートリッ
    ジの製造方法。
  40. 【請求項４０】 カートリッジを分解し使用中に不調に
    なった要素を交換する段階を更に含んだ請求項３９の方
    法。
  41. 【請求項４１】 a) 多数の軸方向の孔を有する円筒状
    の透過液輸送管; b) 前記透過液輸送管に回りに渦巻き状に巻かれた少な
    くも１個のフィルターエレメントを備え; 前記膜要素
    は、 i) 膜面及びヒートシールされた透過液ポートのあるヒ
    ートシール可能な裏打ち面を有する第１の膜、並びに膜
    側及びヒートシール可能な裏打ち側を有する第２の膜を
    準備し; ii) 膜／キャリヤー組立体を形成するように第１の膜
    の裏打ち側と第２の膜の裏打ち側との間に透過液キャリ
    ヤー層を挿入し; iii) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の曲率半径が膜要
    素を渦巻き形カートリッジに巻いたときのその曲率半径
    と同じになるように、膜／キャリヤー組立体を一時的な
    スペーサー要素と共に渦巻き形に巻き; iv) 巻かれた膜／キャリヤー組立体の縁を一時的に接
    合し; v) 一時的に接合された縁の内側で組立体をヒートシー
    ルするために、一時的に接合された縁をヒートシール用
    手段を通して引くと同時に接合された膜／キャリヤー組
    立体を逐次繰り出し; 更に vi) 一時的に接合された縁を取り去る諸段階を含んだ
    方法により製造され; 及び c) 供給液スペーサーを備え、供給液スペーサーが透過
    液輸送管の最寄りに配されるように膜要素及び供給液ス
    ペーサーが透過液輸送管の回りに巻かれ、かつ膜要素の
    透過液キャリヤー層と透過液輸送管との間に封鎖された
    連通が確立されるように透過液ポートが軸方向の孔の一
    つと封鎖された状態で組み合う渦巻き状に巻かれた膜カ
    ートリッジ。
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