JPH07505081A - 渦巻状に巻かれた膜部材 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 渦巻状に巻かれた膜部材 技術分野 本発明は、一般に、気体混合物の超濾過、ミクロ濃過、ナノ濾過、逆浸透及び分 離として周知の手段により流体流１−１流れの成分の分離に有用な渦巻状に巻か れた膜装置に間する。

背景技術 簡単な単一の葉状の渦巻状に巻かれた膜装置は、かなり長い間周知であった。

例えば、英国特許第４８９６５４号（１９３８年９月１日）は、カセイソーダ灰 汁を透析するために使用されるセルロース性ｕｔｈ質を含む向流の渦巻状の膜装 置を記述している。そこで論議されているように、このデザインでは、極めて小 さい容積例えば円筒状のコンテナ中に透析膜のかなり有効な表面積を適合させる ことができる。同様な単一の葉状の渦巻状の膜装置は、種々の用途に今日広く使 用されている。１９６０年初期における塩水の逆浸透脱塩の進歩は、渦巻状の膜 装置に多くの、特にサイズの点に改良をもたらした。米国特許第３４１７８７０ 号は、大きな直径の渦巻状の装置をもたらすようなやり方で、孔のあいた中空の 芯の回りに複数の逆浸透膜シート及びスペーサ材料を渦巻状に巻く手段を記述し ている。米国特許第３４１７８７０号に描かれ記述されたデザインは、それ以来 。

逆浸透、超濾過、気体分離及び他のタイプの膜の用途に普通に適用されてきた。

膜部材は、多数の膜の葉状物を含む、浸透物の流れのチャンネルは、多孔性の中 心のマンドレルに付着されそして囲む、膜の葉状物は、浸透流体流れのチャンネ ルシートにより分離されている主な表面上に原料流れチャンネルを包むように折 り畳んだ半浸透性膜シートを含む、浸透物流れチャンネルシートは、半浸透性膜 の折り畳まれた主な表面の間に置かれる。浸透物流れチャンネル、半浸透膜及び 原料流体流れチャンネルの膜の葉状物は２次に中心のマン１ルルの回りを包む。

浸透物流れのチャンネルは、原料流体との浸透物流体の連絡を防ぐために、軸上 の端及び放射状の末端の端に沿ってシールされる。原料流体流れチャンネルシー トは、軸の末端で開放されて、半浸透須に隣接する渦巻状に巻いたものを通って 軸方向に原料流れを供給する。

米国特許第４２３５７２３号は、渦巻状膜装置を組み立てる別の方法を記述し、 それでは、流れガイド部材が、孔のあいた中空の芯に付着り、膜の包囲体の平行 な配列が、６膜の包囲体からの浸透物が流れガイド部材中に移されるようなやり 方で、互いに付着する。この配属は、一連の支流が主流即ち中空の８中しこ移す 流れガイド部材に供給されるので、「支流デザイン」と呼ばれてきた。

最近では、単−及び多数の葉状渦巻部材に改良された材料及び修飾された流路を 設ける多数の特許が現れている。米国特許第４８３４８８１号は、原料流体チャ ンネルに使用される種々の改良されたしわのよったスペーサを開示して１７）る 。

米国特許第４８６１２４８７及び４９０２４１７号は、うねのあるプラスチック 網よりなる改良されたチャンネルスペーサを記述している。浸透物チャンネＪレ チャンネル流れスペーサとして有用な同様なうねのあるプラス升ソクスクリーン レよ、米国特許第４４．７６０２２号に記載されている。渦巻状に巻かれた膜部 材【こ関連する流れチャンネルスペーサは、事情が許すときは、二次元物品とし てときどき記述されている。しかし、流れチャンネルスペーサが、膜の層の間の 流体の運動のために厚さ及び開いた容積を有することが必須である。

米国特許第３３８６５８３号（Ｍｅｒｔｅｎ）は、連続的な膜を有する軸方向に 供給された股部材を記述している。又、連続的な浸透流体チャンネルシート及び 連続的な原料流体チャンネルシートを教示している。このデザインの製造は面倒 である。それは、それが、複雑なジグを要し、さらにそれぞれの膜の包囲体の折 り畳みの放射状の最も近い末端での位置保持物、並びにそれぞれの折り畳みの放 射状の最も遠い末端での同様な位置保持物の挿入を要する。ｒ８１造中、位置保 １寺物は、膜部材の軸の長さを各折り畳みのジグに挿入されねばならなｔ７）、 多丁り性の中心のマンｌルルに浸透物チャンネルシートを付着する手段は、設け られて１／）ない、その結果、もし個々の葉状物が、常に、ｔｌに位置保持物が 取り去られたとき、締め付けられないならば、膜の葉状物は、均一ではない形状 即ち断面が丸くはなくて楕円形である形状を有しさらに断面内に中心を外れて位 置するマンドレルを有する膜部材を生ずる位置に自由に変る。

前記の渦巻状のデザインは、比較的小さい容積に比較的大きな半浸透膜の表面積 を集中することにより、分離技術に貢献したが、それぞれの！！！！様は、構築 するのに実質的な注意及び非Ｉｔ械的操作を要した。ｆｉ械による構築にそれ自 体せしめられるデザインを明らかにするように膜部材の構築を簡単にするための 努力は。

米国特許第４１３７１１３号に教示されている。連続的な膜シートを含む膜部材 は、教示されているデザインの中にある。膜の回りに浸透流体スペーシング層。

膜及び原料流体スペーシング層を巻き付けることを助けるために、マンドレルに 少なくとも一つの浸透流体流れチャンネルを付着させることも、教示されている 。

米国特許第３４１７８７０及び４１３７１１３号は、マンドレルへ浸透流体チャ ンネルを固定する方法として粘着すること又は接着剤を開示している。

粘着剤（ｇｌｕｅ）によりマンドレルに浸透流体チャンネルを取り付けることは 、浸透流体チャンネルが、マンドレル上に適切に位置し、さらに適切な位置が。

締め付は手段を取り去る前にマンドレル及び取り付けたシートの取扱ができるに 足るように固化又は硬化されるまで、例えば締め付は手段により変化なしに維持 されることを必要とする。米国特許第４１３７１１３号により示唆されている粘 着剤は、液状のエポキシ又はウレタンである。これらの結合剤については、締め 付は手段が取り去られる前に必要な硬化時間は、数分から数時間に変化するだろ う、さらに、マンドレルへの数枚の浸透流体チャンネルシートの付着は１面倒で あり、そして時間がかかる。締め付は機構は、粘着剤が硬化する間数枚の浸透流 体チャンネルシートの位置を保持するのに使用されなけばならないか、又は付着 の方法は、以前に取り付けた流体チャンネルシごトが十分に硬化した後、繰り返 されねばならないかの何れかである。

米国特許第３８’７２０１４号は、マンドレルに浸透物チャンネルを確保する手 段として感圧性テープを開示している。液体粘着剤１寸着手段の使用により示さ れる製造の間顕は、−面又は両面に付着した感圧接着剤を有するテープの使用に より解決できる。感圧接着剤は、同じ接触面のエポキシ又はポリウレタン粘着剤 より低い結合強さを有する。より大きなマンドレルの表面積は、液体粘着剤によ るマンドレルの表面への浸透物流れチャンネルの確保に要求されるのより、感圧 性テープにより又は直接感圧接着剤によりマンドレルへ浸透物流れチャンネルを 確保するのに要求される。さらに、感圧接着剤は、浸透流体を接触させるものと して考慮しなければならない、浸透流体が、飲用を目的とする水又は人の消費の ための他の流体である場合、感圧性接着剤が健康上の危険をもたらさなかった満 足すべき証拠が必要である。

浸透物流れチャンネルのマンドレルへの取り付けは、マンドレルが、マンドレル の中心の室孔中への浸透物の通過を行わせるために孔が開けられたが、又は多孔 性である領域で生ずる。液体の粘着剤、接着剤、及び感圧接着テープの使用は。

浸透物を中空のマンドレルの中心の室孔に入れるのに必要な有孔性を閉塞し勝ち である。中空のマンドレルの孔を閉塞する液体の粘着剤、感圧接着剤及び感圧接 着テープのこの傾向は、マンドレルに取り付けた浸透物流れチャンネルの数を増 ことにより、さらに悪くなる。

渦巻に巻かれた膜部材に使用される代表的なマンドレルは、１２ｍｍ　（１膜２ インチ）７５０ｍｍ　（２インチ）の外部の直径を有する。半浸透膜部材に通常 使用されるサイズのマンドレルの縁は、粘着剤により、又は感圧接着テープによ る浸透流体チャンネルシートの４枚より多い、恐らく約８枚の取り付けでは不十 分である。

広く使用される浸透流体チャンネルのスペーサーは、ニット織物、しばしばトリ コットよりなる。ニットは、大きな流体の流れを促進するために糸目の粗い織り 形のものである。可撓性の織物は、熱硬化性樹脂例えばエポキシにより含浸され 、それは２次に橋かけ結合されて、ｌｌ物に膜を通る駆動力の圧力の下のクリー プに対する抵抗及び剛性を与えるが、織物が可撓性のままでありそして膜部材を 形成するために池の葉状コンポーネントと渦巻状に巻かれることができる。

浸透流体チャンネルシートが、マンドレルの縁に取り付けられそして適当に間隔 が空けられていることが重要である。適当に間隔の空けられた浸透流体のチャン ネルシートは、マンドレルの葉状物の残りのコンポーネント平らなシート膜及び 原料流体流れチャンネルの次の正確な配置を助ける１組み立て中、これらの残り のコンポーネントの位置は、膜の葉状物がマンドレルについて互いに位置を変え ることを防ぐために５膜の葉状のコンポーネントを捕捉することにより、又は浸 透流体チャンネルシートを含むコンポーネントを締め付けることにより、維持で きる。各組の葉状物の縁の回りに適当な間隔を開けることを維持することにより 、渦巻状に巻かれた膜部材の高度の丸さが保持される。

丸さは、Ｎｕモジュールを形成するために、耐圧容器内に最大の表面積の膜部材 を適合させるために重要である。共通の流体流れ部材中への一連の支流膜浸透チ ャンネル原料を含む、米国特許第４２３５７２３号に記載された支流デザインは 。

膜の葉状物がマンドレルの回りに巻かれるとき、特に「丸さから外れる」形にな り肋ちである。もし部材が丸さから外れるならば、膜部材と耐圧容器の内壁との 間の流れない原料流れの領域が生ずる。さらに、それを通るマンドレルの通路の ための室孔を有する耐圧容器上に耐圧末端キャップをはめることは、マンドレル が渦巻状の巻いたもの内の中心に位置しないとき、複雑になる。もし製造プロセ スが、丸くない膜部材を生ずるならば、最大の可能な表面積より小さい部材が、 所定のサイズの耐圧容器に膜部材を挿入するために、要求されるだろう。

丸さは、米国特許第３８７２０１４及び３４１７８７０号に従って粘着剤、接着 剤又はテープによるように、均一な組成及び長さの約４又は６枚の護葉状物を規 則正しい間隔で取り付けることにより達成できる。ｇｉモモジュール中流体流れ の渦巻の長さが長ければ長い程、流体の圧力損失は大きくなる。背圧が、中空マ ンドレルの室孔に浸透物を通す頚部材の能力を制限するのに十分なように浸透流 体チャンネルに生ずる。この圧力損失は、より短い放射部の長さを有するより多 数の護葉状物を設けることにより、所定の膜モジュールの表面積について減少で きる。

膜部材の構築は、マンドレルの回りに護葉状物をきつ（巻くことにより完了する 。ｖＡ葉状物は、膜部材の縁の回りに、保護的外層例えば連続したガラス繊維の 巻き及び硬化樹脂例えばエポキシを適用することにより、損傷からしばしば保護 される。有利には、ｌＩｉ葉状物は、正しい位置に保持され、そして護葉状物の きつい巻きは、部材の縁の回りに感圧接着フィルムの巻きを先ず適用することに より。

連続するガラス繊維の巻き及び硬化樹脂の適用中保持される。完成した部材は。

円筒の幾何学的形状を有する。

膜部材に丸さを確実にする手段を提供し、そして浸透流体が通過する能力を浸透 流体チャンネル背圧により制限しないように十分な数の護葉状物を提供すること も有利であろう。

毒性について満足のい（ようにテストされていない接着剤物質と接触するように は浸透流体を置かないやり方で、マンドレルの回りに適当に空いた間隔で浸透流 体チャンネルシートの取り付けを行わせるように、半浸透瞑部材の通常のサイズ の重合体マンドレルに浸透流体チャンネルシートを取り付ける手段を提供するこ とは、有利であろう。

マンドレルの中心の室孔中にマンドレルの有孔を通る浸透物の通過を閉塞するこ となく、通常のサイズの重合体マンドレルに浸透流体チャンネルシートを取り付 ける手段を提供することは、有利であろう。

マンドレルの縁の１ｃｍ当り護葉状物０．７枚に等しい又はそれより大きな率で １通常のサイズの重合体マンドレルへ浸透流体チャンネルシートを取り付ける手 段を提供することは、有利であろう。

これら及び他の有利さは、ここに開示された膜部材により提供される。

図面の簡単な説明 図１は、単一の護葉状物及び多孔性中空マンドレルへの取り付けを提供する。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、複数の護葉状物を有する渦巻状に巻かれた膜モジュールを含む０図１ は１本発明による渦巻状に巻かれた膜部材の複数の護葉状物の一つを説明する。

それぞれのｖＡ葉状物は、少なくとも１枚の原料流体チャンネルシート膜シート ３４、及び少なくとも一つの浸透流体チャンネル３８を含む、浸透流体チャンネ ルは、５１で熱可塑性中空芯マンドレル３１に取り付けられる。中空芯マンドレ ルは、その中に孔３３をあけることにより、多孔性にされ、それらは、中空の窄 孔２９と浸透流体スペーサー３８との間に流体の連絡を行う、Ｕ葉状物は、浸透 流体スペーサー３８に加えて、多孔性マンドレルに隣接するのを除いて全ての表 面及び端でシーリング手段によりシールされた包囲体に形成される膜３４を含む 。

本発明の一つの態様では、複数の不連続な浸透チャンネルスペーサーシートが、 中空芯マンドレルに固定される。それぞれの浸透チャンネルスペーサーシートは 、浸透流体スペーサーを取り囲む包囲体を形成するために、軸の端及び放射部の 末端及び放射部の付近の端でシールされた膜の包囲体の主な表面を形成する半浸 透騙により５記載されたような包囲体で取り囲まれる。

他の態様では１本発明は、以下の手段により、マンドレルの縁のＩｃｍ当り護葉 状物０．７枚に等しい又はそれより大きな率で、中空の芯マンドレルに固定され た複数の不連続な浸透物シートスペーサーチャンネル、多孔性中空芯、軸方向の 原料流体のための渦巻状に巻かれた半浸透膜部材を含み、該手段は、原料流体の 軸方向の流れのための膜包囲体の間に挟まれた複数の不連続な原料流体スペーサ ー、膜内の各浸透物シートスペーサーチャンネルのそれぞれの主な表面、軸の端 及び放射部の末端の端でシールされたそれぞれの浸透流体スペーサーの主な表面 と実質的に同一の拡がりを有する半浸透膜シートの中空の芯との浸透物の連絡を 閉塞しない。

本発明は、既に開示された中空の芯の重合体マンドレルに顕著に多数の浸透物チ ャンネルを取り付けさせる超音波溶接手段により、浸透物チャンネルスペーサー シートを中空芯型合体マンドレルに固定する方法も含む。

通常、渦巻状に巻かれた膜部材の中空芯型合体マンドレルは、約１．　２〜約６ ゜５ｃｍを有し、さらに通常には２．５−５ｃｍの外径を有するマンドレルであ る。

本発明の方法により、浸透物チャンネルスペーサーシーＩ・は、縁の１ｃｍ当り 少な（とも０７枚の率で取り付けできる。最適の膜放射部流れパラメータを達成 することが必要であるとき、縁の１ｃｍ当り９枚の取り付は率が可能である。１ ｃｍ当り７枚の取り付けは、より有効な取り付は率である。好ましい股の包囲体 の長さは、しばしば、マンドレルの縁の１ｃｍ当り約１５ｆｌｌの膜の包囲体を 有する膜部材デザインにより可能である。マンドレルの縁の１ｃｍ当り２−３個 の取り付けが代表的である３表１は１代表的な外径のマドレルに間する浸透物干 ヤンネルシートの計算された数を示す。

それが膜部材の能率を制限しない点より低い点に浸透流体チャンネルの圧力損失 を低下させるのに必要な数を趙えて膜の包囲体の数を増加することは、実際的な 利点を生じない、従って、ｗＡ菓状物の数は、一般に１部材当り７５枚の葉状物 を超えず、さらにしばしば葉状物の数は、１部材当り６０枚を超えない。

本発明による渦巻状に巻いた膜部材は、しばしば８枚以上の護葉状物を有する。

それぞれの護葉状物は、中心のマンドレルに取り付けた浸透物流れチャンネル。

原料流れチャンネル、並びに中心のマンドレルを除いて浸透物チャンネルを囲む 膜の包囲体を特徴とする。

流れチャンネルは、膜濾過技術、特に逆浸透、超濾過、マイクロ濾過、ナノ濃過 及び気体分離の技術に周知の多孔性シーｌ−であって、浸透流体流れのための固 体であるが多孔性の通路を設けしかも限定されたチャンネル内を流れる流体の流 れ中に乱れを促進する。流れチャンネルも、互いに護葉状物が崩壊しそれにより 流体の流れを閉塞することを防ぐために、頑シート間の間隔を保持するように働 く、浸透物流れチャンネルは、エポキシ、メラミン又は同様な熱硬化性樹脂によ り被覆された織られたポリエステル織物として記述されたトリコット材料を従来 通り含む、熱硬化性樹脂によりｍ物を含浸し樹脂を橋かけ結合する段階は、織物 の圧縮強さに寄与し、一方崩壊又は不当なりリープなしに膜に適用される圧力に 浸透物流れチャンネルを耐えるようにすることにより、使用される。浸透物流れ チャンネルは、帆　２５−２．５ｍｍの厚さを有する。

原Ｉ４流れチャンネルは、しばしば、浸透物の格子に等Ｌｌ／）厚さ、０．　２ ５−２゜５ｍｍを有する重合体格子を含む、原料流体流れチャンネルは、浸透物 流れチャンネルにより要求される圧縮支持体が原料流れチャンネルを要しないの で、浸透物流れチャンネルより、織られているならばより糸目の粗いか又は織ら れていないならばより大きな隙間を有する。商標名Ｖｅｘａｒでデュポンにより 市販されている押し出された格子ネットは、好適な供給チャンネルである。ｌ− ６ｍｍのＶｅｘａｒブラントネットの格子の開口が好適である。末端の使用の環 境は、押し出された格子の構築の材料に影響するだろう、ポリオレフィン重合体 は、一般に、水精製を含む非常に多い末端の使用に好適である。

官能性狽部材内で、浸透物流れチャンネルは、半浸透膜材料の主な表面上に形成 される液密包囲体内に囲まれる１図１に関し、膜の包囲体は、好適なシーリンク 手段によζノその軸の端で膜をシーリングすることにより形成される。一つの態 様では、連続的な膜シーｔ−３２ａは、膜の包囲体の放射部の遠位の末端４８及 び放射部の近位の末端４６の両者で５折り曲げられる。このｔＩ！様では、連続 的な膜シートは、それぞれの浸透物流れチャンネルシートを取り囲んだ後、それ 自体にシールされる。

他のの態様では、不連続な膜シートが使用できる。不連続な膜シートは、放射部 の遠位の末端又は放射部の近位の末端で折り曲げられて、膜の包囲体の二つの表 面を形成する。不連続な膜シートは、次にシーリング手段により結合されて、半 浸透膜内に浸透物流れチャンネルを連続的に取り囲む。

他のＶ＋Ｓでは、不連続な股シートは、折り曲げられない、この態様では、膜シ ートは、遠位の末端４２及び近位の末端４４の両者で結合されて、連続的な膜の 包囲体を形成する。

膜シートの結合に従来使用されている好適なシーリング手段は１合成樹脂例えば エポキシ樹脂又はウレタン樹脂、又は材料が引き離されないようになる前に数分 の期間を有する同様な物質を含む、この粘着剤が硬化するのに要求される時間は 、膜の包囲体の形成と干渉しない、膜の包囲体は、粘着剤が曲げ易い間渦巻状に 巻かれた部材中に巻かれる。粘着剤の付着強さは、マンドレルへの浸透流体スペ ーサーシートの取り付けと対照的に部材の巻き相に必要としない、硬化すると。

本発明のなお池の態様では、浸透物流れチャンネルは、浸透物流れチャンネルの 長さに沿って複数の間隔で重合体マンドレルに取り付けられた実質的に連続的な シートである。この態様では、浸透物流れチャンネルは、それぞれの膜の包囲体 内で二重の厚さであり、そしてそれぞれの包囲体の放射部の遠位の末端で折り曲 げられ、さらにマンドレルの取り付けで折り曲げられる。

本発明の好ましい態様のマンドレルの多孔性は、浸透物流れチャンネルからの浸 透流体の出口の手段として働り、マンドレルは、多孔性の物質例えば焼結した重 合体よりなる。さらにしばしば、マンドレルは、マンドレル中で放射状に１個以 上の孔を空けることによるようにして、その中に開口を設けることにより多孔性 にされた、さもなければ多孔性でない物質である０本発明の好ましい態様のマン ドレルを含む重合体物質は、熱可塑性物である。

中空の室孔のマンドレルのための物質として好適な熱可塑性物は、ポリエチレン 、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレン、セルロース 及びアセタールを含む、又好適なものは、アクリロニトリル−ブタジェン−スチ レン（ＡＢＳ）の重合体、ＡＢｓ−ポリカーボネートアロイ、ブタジェン−スチ レンの重合体、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスル ホン並びにポリ　（フェニレンオキシド）である。

本発明による膜部材で使用するのに適した腋は、一般に平らなシートａを特徴と する。これらの膜は、ミクロ濾過、超濾過、ナノ濃過、及び逆浸透に有用である ９代表的な膜は、米国特許第４２７７３４４号に記載されている逆浸透膜である ０本発明で使用して好適な代表的なミクロ漉過膜は、コンポジット膜分別層のた めの支持体として該特許に開示されている。気体混合物例えば空気、ヘリウム／ メタン、酸素／窒素、不飽和炭化水素／飽和炭化水素の分離に好適な代表的な膜 は、米国特許第４２３０４６３号に記載されている。

記載したように、本発明は、中心のマンドレルの縁の回りに規ＮＩＪ正しい間隔 で中心のマンドレルに取り付けた多数の浸透物流れチャンネルを有する膜部材を 提供する。浸透物流れチャンネルは、有利には、超音波溶接により中心のマンド レルに取り付けられる。

超音波溶接は、熱可塑性物品に高周波の振動をがけることにより、熱可塑性物品 を溶接する手段である。振動により誘導される分子内摩擦及び表面の摩擦は、熱 可塑性物品間の界面で温度を急激に上昇させる。十分な温度に達したとき、重合 体の流体の状態及び超音波溶接ヘッドの適用された圧力は、２ｆ１の熱可塑性物 品の重合体を［流れ」させる、物品の熱可塑性重合体が、−緒に流れた後に、高 周波振動を止める０局部的な温度が下がるにつれ、熱可塑性物は、超音波溶接ヘ ッドにより適用される圧力の下、ひとつになったパートに固化する。ｆｆｌ動エ ネルギーが停止した後に圧力が適用される「保持」時間は、０．１−５秒の間を 変化する。超音波溶接ヘッドは、成る超音波の文献では、Ｆ角（ｈｏｒｎ）Ｊと 呼ばれる。溶接ヘッドは、通常、それぞれの適用のために選択され又はデザイン される。溶接ヘッドは、通常、適用される超音波周波数の長さの１．　５の波長 に等しい長さを有する角を含む。

浸透物流れチャンネルは、浸透物供給チャンネルのシートの主な表面が、その端 の付近でマンドレルに「溶接される」間、マンドレルが回転するのを防ぐジグの 手段により、かなりの精度で重合体中空芯マンドレルに固定できる。マンドレル は１次に次の浸透物供給チャンネルが供給チャンネルに「溶接される」点で、部 材に取り付けられる葉状物の数により除される縁に相当するマンドレルの縁に沿 う距離を回転し、そして回転を繰り返す。

熱可塑性樹脂の溶接性は２重合体の構造、融点、弾性のモジュラス及び化学組成 を含むがこれらに限定されない種々の因子により影響される。無定形の樹脂は。

音の振動を有効に伝え、そして広い範囲の超音波の波の振幅にわたってそれらを 超音波溶接する０重合体の融点は、かなり異なる融点を有する溶接されるべき物 品の溶接性に影響する。融点が低い熱可塑性物は、それが融点の高い重合体を溶 融させるに十分な温度の形成を阻害しつつ目的とする溶接部位から流れ去るので 。

酵エネルギーを取り去って物品の界面を溶融しそれから流れる。

半結晶性熱可塑性物は、超音波の振動を吸収するといわれる。その結果、半結晶 性熱可塑性物では、振動エネルギーは、結合界面に容易に伝達されない。高い振 幅の超音波エネルギーが、半結晶性重合体を溶融するのに十分なエネルギーを提 供するに足る熟エネルギーを発生することを必要とする。溶融状態が達成される とき、半結晶性重合体は、それが超音波エネルギーが適用される帯域から流れる とき、固化する。

熱硬化性樹脂は、橋かけ結合した重合体が、超音波エネルギーによりたとえ局所 的な領域でも、溶融できないので５超音波溶接には適しない１本発明で有利に使 用される浸透流体チャンネルは、橋かけ結合した熱硬化性１脂を含浸した多孔性 の織物を含む、従って、たとえ浸透物流れチャンネルの織物を形成するｗＩＡｌ Ｍが熱可塑性であっても、織物は、繊維が橋かけ結合した樹脂により包まれてい るので、超音波エネルギーの適用によりそれ自体溶接されない、しかし、浸透物 流れチャンネルは、従来の考え即ち結合されるべき物品の重合体がともに流れな いという考えでは溶接を生じない超音波エネルギーの適用により、熱可塑性マン ドレルに付着できることが分った。

超音波エネルギーと熱可塑性マンドレルとの間に置かれた多孔性の織物を有する 熱可塑性マンドレルに適切な超音波エネルギーを与えることは、超音波エネルギ ーの源に直ぐに隣接する帯域における熱可塑性物の予想された液化を生ずる。

多孔性織物に適用される超音波溶接ヘッドの圧力は、織物を溶融した熱可塑性物 にせしめる。溶融した熱可塑性物は、繊維の間並びに多孔性織物の繊維の回りの 隙に侵入する。超音波ヘッドの圧力は、超音波エネルギーが熱可塑性物を固化さ せるために中止した後の短い時間続けられる。浸透物流れチャンネルを形成する 多孔性ｍｔｈは、従ってそれによりマンドレルの重合体及びｍ物の重合体が従来 の意味でともに流れる溶接法によらず、むしろ熱硬化表面及び熱硬化の挙動を有 する多孔性の織物中に溶融した熱可塑性物を機械的に埋め込むことにより、熱可 塑性マンドレルに付着するようになる。マンドレルの熱可塑性物は、それ放熱硬 化の表面を有するＩｌ物と最低で機械的に結合し、そしであるいは付着する。

孔が、浸透物流れチャンネルと重合体マンドレルの中心の室孔との間に浸透物の 連絡のために存在する重合体マンドレルの領域では、超音波エネルギーの適用に より溶融する重合体は存在しないことは、理解されるだろう、その結果、溶融し た熱可塑性重合体は、浸透物流れチャンネルの孔の容積中に侵入するようには存 在しない、少量の重合体溶融物は、マンドレルの孔の周辺から浸透物チャンネル へ放射状に延長しているマンドレルの孔により示される浸透物流れチャンネルの 領域に移動すること・も理解されるだろう、しかし、超音波エネルギーが溶融物 に適用されるとき、マンドレルの重合体は、放射状に延長しているマンドレルの 孔の領域により示される浸透物チャンネルのその部分への溶融重合体の移動を適 切に測定し、浸透物流れチャンネルと中空のマンドレルの中心の室孔との間の流 体の連絡を実質的に閉塞しない。

得られる［溶接Ｊは、有利には、マンドレルの軸に沿って長さ方向に向う、有効 な溶接の巾は、約０．２−５ｍｍである１通常、溶接は、巾０．５−３ｍｍであ る。それぞれの溶接の長さは、０．５ｃｍから１５ｃｍに変化する。個々の溶接 の長さは、多くの場合、超音波溶接ヘッドの幾何学的形状により決められる。

複数の溶接ヘッドは、膜部材及びモジュールの組み立ての間、マンドレルへ流体 浸透物チャンネルを固定するために、十分な機械的強さをもたらすように利用で きる。

超音波溶接プロセス中、それぞれの溶接ヘッドは、浸透物チャンネルに対して押 される。浸透物チャンネルは、マンドレルと接触し、溶接ヘッドから熱可塑性マ ンドレルを離す、一般に、溶接ヘッドに適用される圧力は、一般に使用される熱 可塑性物についてｔｏ−７５ｐｓｉ　（６９−５２０ｋＰａ）であるが、しかし 。

もし熱可塑性物が溶融に当り比較的低い又は高い溶融粘度を有するならば、より 低い又はより高い圧力が必要である。

０．１−２秒の時間溶接ヘッドに適用される超音波エネルギーが、適切な溶接を 形成するのに十分な熱可塑性物を溶融するのに一般に十分である。溶接ヘッドに 適用されるのに必要な全エネルギーは１重合体、重合体の構造、分子量、溶融粘 度及び開襟なファクターにより影響されるだろう、超音波振動の振幅も、溶接ヘ ッドに適用される全エネルギーに影響する。０．１−３ミル（２，５−７６μｍ ）の振幅範囲を有する市販の超音波溶接ヘットは、マンドレルへ浸透物チャンネ ルを溶接するのに、良く働＜、０．８−２ミル（２０−５１μｍ）の振幅が好ま しい、１Ｏ−５０ｋＨｚの周波数で作動する市販の超音波溶接へ・ソドは、マン ドレルへ浸透物チャンネルを溶接するのに操作できる。

マンドレルと接する浸透物流れチャンネルの長さに沿う溶接の位置、並びに溶接 された界面の長さの部分は、溶接の巾、マンドレルの熱可塑性重合体の機械的強 さ、浸透物流れチャンネルが折り重ねられる又はもつれる傾向を含む浸透物流れ チャンネルの取扱いの特徴を含む種々のファクターにより影響される。概して。

浸透物流れチャンネルの界面は、界面の長さの５−４０％でマンドレルに溶接さ れる。

護葉状物がマンドレルの回りに巻かれた後の膜部材の丸さは、有利には、狭い範 囲内にコントロール可能である。ここで記載されたように製造された膜部材は。

有利には、直径の平均値から２％以下の外直径の変量を有し、好ましくは変量は 、直径の平均値から１％より小さく、最も好ましくは変量は、直径の平均から０ ゜７５％以下である。考慮される直径の変量は、直径が護葉状物をシールするの に使用される手段により影響される軸の末端における膜部材のその部分を除く、 直径の測定は、マンドレルに平行でしかも円筒の少なくとも二つの角回転（ｔｗ 。

ａｎｇｕｌａｒ　ｒｏｔａｔｉｏｎ）で例えば２．５−１０ｃｍのかなりな間隔 でカリハスのような周知の方法により達成される０円筒の角回転により、カリパ スが１円筒の軸に平行でしかも交差する平面の縁と交差することにより形成され ると思われる線に沿って部材に適用されることを意味する。直径は、一般に。

軸の回りの少なくとも二つの角回転で測定される。

マンドレルへ浸透物流れチャンネルを取り付けるのに必要な時間が１反応又は「 硬化」するのに比較的実質的な時間を要するエポキシのような粘着剤の使用によ る取り付けより、ここに記載された手段により大幅に短くなることは、明らかで あろう。

種々の変法及び変化は、渦巻状に巻かれた腹部材の前記の記述から当業者にとり 明らかであろう、これらの変法は、請求の範囲により規定された本発明の範囲内 と考えられる。

実施例 本発明は、以下の実施例により説明されるが、それらにより制限されない。

実施例　ｌ 橋かけ結合されたエポキシ樹脂により含浸されたトリコットの３０本の浸透物流 れチャンネルを、１１０ｃｍの長さ及び１２ｃｍの縁を有するアセタール熱可塑 性物の多孔性マンドレルに溶接した。９０ｃｍＸ７５ｃｍの寸法を有する矩形の 浸透物流れシートを、マンドレルの縁の回りに適当に空けて置いた。マンドレル の付付近に置かれた浸透物シートの長い端を、マンドレルの長さに沿って適当に 空けて置かれた７、５ｃｍの長さ及び０−　７５ｃｍの巾を有する３個の超音波 溶接角（ｌｘｏｒｎ）と接触させた。溶接角は、浸透物チャンネルに５０ｐｓｉ （３４５ｋＰａ）の圧力をかけ、溶接操作中マンドレルと溶接角との間の正しい 位置に浸透物チャンネルを締め付ける。適用される圧力は、浸透物チャンネルを して局在化した溶融重合体中に浸入するのに十分なものである。超音波エネルギ ーは。

２０　ｋ　Ｈｚの周波数及び１．６ミル（４０μｍ）の変位振幅で溶接角に適用 された。超音波エネルギーは、帆　５秒間マンドレルに適用される。

９０ｃｍの巾の米国特許第４２７７３４４号の教示に従って製造された連続的な ポリアミドコンポジット逆浸透膜の折り重ねたシートを、７５ｃｍの折り重ねた 長さを有するそれぞれの浸透物流れチャンネル間に挿入した。浸透物流れチャン ネルを、１枚の膜シートの浸透物側に適用される二成分系ウレタン粘着剤により それぞれの軸の末端に沿って狽シートにシールした。連続膜シートの二つの端を 、二成分系ウレタン粘着剤の適用により結合した。３０枚の膜葉状物を、次にマ ンドレルの回りに巻き、そして護葉状物を、縁の回りに感圧テープの適用により 正しい位置に保持した。得られる膜部材は、高度の均一性を有し、例えば直径は 、１９．］−１９，６ｃｍに変化した。−ウレタン粘着剤が硬化したとき、ウレ タン粘着剤は、マンドレルの＋：を近のその端を除いて、浸透物チャンネルを囲 む包囲体の軸の末端をシールした。

実施例　２ ６０枚の浸透物流れチャンネルを、実施例１におけるように、１．２ｃｍの縁を 有するマンドレルに超音波で溶接する。Ｃｅ１ａｎｅｓｅ　ＣｈｅｍｉｃａｌＣ ｏｍｐ　ａｎｙにより製造されるＣｅｌ　ｇａｒｄ　（商標名）と呼ばれるタイ プの微多孔性のポリプロピレン膜の膜を、膜の包囲体に包む、膜の包囲体は、二 成分系ウレタン粘着剤により連続膜の浸透物側の軸の末端をシールすることによ り、製造される。マンドレルの回りに巻いたとき、得られる膜部材は、高度の均 一性を示し、即ち直径は、所定の軸の位置で縁の回りで５％より小さい変量を示 す。

実施例　３ ２５ｃｍの軸の長さ及び２０ｃｍの放射部の長さを有する４０枚のシートの浸透 物流れチャンネルを、５．５ｃｍの縁を有するマンドレルに超音波で溶接する。

実施例１のような寸法を有する２個の超音波溶接角は、マンドレルに沿って軸上 に規則正しく置かれる。膜の包囲体は、実施例１におけるように製造される。得 られる渦巻状に巻かれた膜部材は、所定の軸の位置で縁の回りで２％より小さい 変位を示す。

実施例　４ ９０枚のシートの実施例Ｉによる浸透物流れチャンネルは、実施例１により記載 されたように、１５．７ｃｍの縁を有するマンドレルに超音波で溶接される。

膜の包囲体は、軸の末端をシールすることにより製造される。マン１ζレルの回 りに巻かれるとき、得られる渦巻状に巻かれた膜部材は、ｖＡの包囲体が二成分 系ウレタン粘着剤によりシールされる１部材の軸の末端の領域を除いて、ｙ４部 材の軸の長さに沿って平均の値から１．　５％より小さい直径の変位を示す。

実施例　５ １００枚のシートの実施例１による浸透物流れチャンネルを、実施例１により記 述されたように、１２ｃｍの縁を有するマンドレルに超音波で溶接する。ジメチ ルホルムアミドに溶解したポリスルホンの１５重量％の溶液から製造した多孔性 ポリスルホンを含む膜を、水浴中に押し出してポリスルホンを凝固させた。膜の 包囲体は、軸の末端をシールすることにより製造する。マンドレルの回りに巻か れるとき、得られる渦巻状に巻かれた膜部材は、平均直径から１．　５％より小 さい変位を示す。軸の末端で、変位は、軸の末端から遠位で決定された平均直径 から５％より小さい。

実施例　６ 実施例３による膜部材を、原料流体入口、浸透流体出口及び非浸透流体出口を有 する適切なシーリング手段を有する耐圧円筒容器中に挿入する。加圧下の合成海 水を原料流体入口の連結に供給する。脱塩された水は、浸透物出口から回収され る。

実施例　７ 膜部材は、ｆｆｌ材１４が米国特許第４２３０４６３号実施例２３に従って製造 される以外は、実施例６による耐圧円筒状包囲体に適合される（微多孔性ポリス ルホンシートは、その上に後硬化シリコーンゴム被覆を有する）、空気を原料流 体として使用する０分離は、非浸透流体が５５％の窒素並びに非浸透流体中で４ ４％の酸素の濃度を有するようにした。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成６年ｌＯ月２８日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．軸方向の原料流体通路用の渦巻状に巻かれた半浸透膜部材において、ａ．多 孔性中空芯マンドレル、 ｂ．マンドレルの中空芯との浸透物の連絡を閉塞しない手段により、マンドレル の縁１ｃｍ当り少なくとも０．７個のシートスペーサーチャンネルの率で中空芯 マンドレルに固定された複数の不連続な浸透物シートスペーサーチャンネル、ｃ ．膜包囲体内にそれぞれの浸透物シートスペーサーチャンネルのそれぞれの主な 表面、軸の端及び放射部の遠位の端を取り囲むように、軸の端、放射部の近位の 端及び放射部の遠位の端でシールされたそれぞれの浸透流体スペーサーの主な表 面と実質的にともに延長している半浸透膜シート、ｄ．原料流体の軸方向の流れ について膜包囲体間に散在された複数の不連続な原料流体スペーサー を含む膜部材。
2. ２．マンドレルの回りに巻かれしかも原料流体入口のための流体連結、非浸透流 体出口のための少なくとも一つの連結並びに浸透流体出口のための少なくとも一 つの連結を有する耐圧円筒状の囲みを有する請求項１の渦卷状に巻かれた膜部材 。
3. ３．スペーサーチャンネルが、１ｃｍ当り少なくとも一つの取り付けの率で中空 芯マンドレルに固定されている請求項１の渦巻状に巻かれた半浸透膜部材。
4. ４．スペーサーチャンネルが、１ｃｍ当り少なくとも二つの取り付けの率で中空 芯マンドレルに固定されている請求項１の渦巻状に巻かれた半浸透膜部材。
5. ５．半浸透膜包囲体が、浸透物流れチャンネルスペーサーの一つの主な表面と実 質的にともに延長している膜シートを含む請求項１の渦巻状に巻かれた半浸透膜 部材。
6. ６．半浸透膜包囲体が、浸透物流れチャンネルスペーサーの一つの主な表面と実 質的にともに延長しているか、又は２個の隣接した浸透物流れチャンネルスペー サーの主な表面と実質的にともに延長している膜シートを含む請求項１の渦巻状 に巻かれた半浸透膜部材。
7. ７．半浸透膜包囲体が、アコーディオンのように折り重ねられしかも連続的なシ ートを形成するように結合されシールされた膜シートの末端を有する浸透物流れ チャンネルスペーサーの全ての主な表面と実質的にともに延長している単一の膜 シートを含む請求項１の渦巻状に巻かれた半浸透膜部材。
8. ８．多孔性中空芯マンドレルが、ポリエチレン、ポリメチルベンテン、ポリフェ ニレンスルフィド、ポリプロピレン、セルロース性重合体、アセタール、アクリ ロニトリルーブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ＡＢＳ−ポリカーボネートアロ イ、ポリスチレン、ポリスチレン−ブタジエン、ポリエーテルイミド、ポリ塩化 ビニル、ポリスルホン、又はポリ（フェニレンオキシド）よりなる請求項１、３ 、４，５、６又は７の何れか一つの項の渦卷状に卷かれた半浸透腹部材。
9. ９．請求項２の耐圧円筒状囲みの原料流体入口中に加圧下の流体を押し込み、そ して非浸透流体及び浸透流体を集めることにより、流体成分を分離する方法。
10. １０．流体が塩を含む水である請求項９の方法。
11. １１．分離されるべき流体が、気体混合物、空気、ヘリウム／メタン、酸素／窒 素、不飽和炭化水素／飽和炭化水素から選択される請求項８の方法。