JPS6365905A - 膜濾過の装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術の分野〕 この発明は、限外濾過、マイクロ濾過および逆浸透の用
途に有用であり、乱流または不規則な流体力学的層流を
保持しつつ、高転換率を得ることができる螺旋巻型の改
良された膜分離装置とその使用方法に関する。更に詳し
くは、この発明は、半径方向フィード路（ＲＦＰと略称
。）を有し、それによって単一の要素であって、従来よ
りも遥かに高い転換率を得ることができる可能性を提供
する、螺旋巻膜要素装置とその使用方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来長い間、限外瀞過、マイクロ濾過および逆浸透用螺
旋膜要素は、流体混合物の成分を分離するための有効な
装置とみなされている。代表的な方法においては、加圧
流体混合物を膜表面と接触させ、その際、流体混合物の
１種以上成分が化学ポテンシャルの相違のために膜を通
過するが、膜を通過する物質輸送速度が相違するために
　分離が生じる。

従来公知の最も一般的な螺旋膜要素は、流体フィード混
合物を、日間状膜要素の一端に入れ、その要素の縦軸に
溢って、平行な膜面間で、螺旋巻き膜を横切って移動さ
せるように設計されている。これを以下では、１抽方向
フイード路、即ち「ＡＦＰ」と略称する。分離は、膜−
流体界面で起り、（Ｉ）より濃縮されたフィード流と（
２）膜バリア一層を通過する流体である透過液となる。

透過液流は、中心部の多孔質コアチューブに到達するま
で、二つの膜の透過液側によって限られた別々に密閉さ
れたチャンネル内で、旋回する半径方向に移動し、そこ
で集められてコアチューブの一端または両端から排出さ
九る。（米国特許４，２３５，７２３、ａ３６’７５０
４、：丸５０−１７９６．３．４９：人４９６　、　　
コう、４　ｔ：ｓ　　７ｏ　　）螺旋巻膜は、必らず流
路に面する活性な膜バリア層を有する膜シートにより閉
じられたフイ−ド用流路またはチャンネルを含有する。

シートの一側面のみに単一のバリア一層を含有する異方
性膜の場合、そのシートは相互に相対し、かつフィード
流路の乱れを促進するスペーサーによって分離されたバ
リア一層を有するが普通である。膜は、フィード用入口
およびコンセントレート用出口を提供するような方法で
、接着剤を用いて、あるいはヒートシールなどによりそ
の端部なシールされる。「フィード」は膜を通過する際
に「コンセントレート」となるため、膜要素内の流れは
、場合によっては、以下「フィードコンセントレート」
と云うことがある。

従来一般的な螺旋要素についての転換率、即ち、透過液
体積対フィード体積比は、その要素の長さによって支配
される。例えば、Ｆ逆浸透による海水脱塩ｊ　Ｕｌｒｉ
ｃｈ　Ｍｅｒｔｅｎ　、　１９６６年、第５章参照。一
般に、単位転換率は、商業的方法の要求に対して遥かに
低い水準にあり、許容しうる転換率を達成するには多数
の要素を必要とする。例えば、転換率７５係で運転する
代表的な逆浸透システムは、フィード−コンセントレー
ト流路長さが１２ｍとなる圧力容器の２−１配列にお（
・て、長さ１ｍの要素１８個を必要とするであろう。即
ち、第１段階は平行な２系列の各々に、直列に６個の要
素を有し、第２段階は単一の系列に、直列に６個の要素
を有する。

直列に螺旋要素を配列する必要性は、上記の例に関して
フィード水の汚れの程度に依存し、特別の予備処理なし
に、都市用水、井戸水および地表水に、最も一般に使用
されている。

高転換率および７５．０００〜ｔｏｏ、ｏｏｏ（ガロ７
７日（ＧＰＤ）以下の透過液流量を必要とする海水脱塩
システムにより、１２ｍフィード−コンセントレート流
路長さの配列を維持するためには、８インチ未満の小径
の要素を用いなければならない。高転換率を得るこの方
法の欠点として、（ａ）必要床面積の増大、（ｂ）ガロ
ン当りセント基準での膜モジユールコストの増大、（Ｃ
）プロセスおよび圧力容器コストの増大および（ｄ）配
列要求に基づいて拡大するシステムについての追加され
る複雑さがあげられる・ もし前記要素流路を、標準の軸流路（ＡＦＰ）から半径
方向流路（ＲＦＰ）に変更することが可能であれば、流
路を所望の転換率あるいは増大した転換率に適合するよ
うに設計することが可能となり、このようなモジュール
の転換率は長さよりもむしろその直径によって支配され
ることになるであろう。

ところが、透過液チャンネル内に集められた透過液は、
モジュールを出る前に１〜２メートル以上移動してはな
らないため、あるいは透過液搬送構造内に過剰の背圧が
生じて要素の効率を低下させるために、実際の半径方向
流路要素を設計することは簡単な事項ではない。このよ
うな制限があるために、１種以上に非常に長い膜エンベ
ロープを含有し、該膜エンベロープ内で透過液が、コア
チューブに入ってモジュールを出る前に、膜エンベロー
プの全長を移動する旨を記載した米国特許：３．９３３
．６４６の流路設計の原理を利用して良好な成果を得る
可能性はなくなることになる。

〔発明の概要〕

発明者らは、乱流または不規則な層流条件を維持しなが
ら、高転換率、すなわち、３０係より高く、しかしそれ
に限定されることなく、９０チまでの転換率で操作する
ことのできる螺旋巻膜要素装置を見出した。これは、膜
要素の一方または両方の横方向開放端部な通って透過液
を集めながら、中心のコアチューブから半径方向に（Ｒ
ＦＰ）、好ましくは外方向へ旋回するフィード−コンセ
ントレート流路を設計することによって達成される。こ
の後者の特徴は、要素の軸長さより大きくなくてフィー
ド−コンセント流路長さから独立の最大透過液流路を提
供する。

個々の膜シートと透過液との間の高圧シールは、透過液
搬送構造の端部から膜およびスペーサー物質を憩部に嵌
め込みながら、生成水搬送構造を、接着剤または熱シー
ルでシールすることによυ達成される。

この新規な螺旋巻要素は、限外４？、過（ＵＦ）、マイ
クロ濾過（ＭＦ　）または逆浸透（ＲＯ）用に商業上利
用しうるシステムにおける転化率で操作するために、直
列段階を設ける必要がない。従って、流量が＆０００な
いし７５，０００　ＧＰＤの範囲の小さな逆浸透システ
ムは、８〜１２インチ以上の大径要素を用いて操作する
ことができる。

システム設計は、モジュール設計とすることが可能であ
り、すなわち要素は適切な配列を維持する必要がなく単
位基準で追加することができる。よシ小さいシステム３
，０００ＧＰＤ　未満は、要素の長さおよび／または径
を減少させることによシ達成することができる。

〔図面による説明〕 この発明は、図面を参照することにより、当業者が更に
よく理解され、その目的および利点が明らかとなるであ
ろう。逆浸透（ＲＯ）設計要求は、濾過に必要な高水圧
のためにおそらく最も重大であるので、逆浸透要素につ
いて説明する。

第１図は、外部円筒状圧力ハウジング内にある発明の螺
旋巻ＲＦＰ膜要素を説明する破断図である。

第２図は、多孔質チューブの回シに巻かれて発明の螺旋
巻ＲＦＰ要素を得る代表的な層構成の斜視図である。

第３図は、第１図の線３−３に沿った、ＲＦＰ要素のフ
ィード−側面の拡大断面図である。

第４図は、第１図の線・１−４に沿った、ＲＦＰ要素の
透過液側の憩部部分の拡大側面図である。

この断面の一部分を断面４ａについて拡大して構成材料
間の位置関係を示す。

第５図は、第１図の線５−５に沿った、ＲＦＰ要素の透
過液側の憩部部分の拡大断面図である。

この断面の一部分を、５ａについて拡大して構成材料間
の位置関係を示す。

第６図と第７図は、それらの断面６ａおよび７ａととも
に、それぞれ先行技術における従来の要素と発明のＲＦ
Ｐ膜要素を説明するものであり、相違する膜流路を説明
する目的のためにあげたものである。

逆浸透、限外濾過およびマイクロ濾過用途の螺旋巻膜要
素の製造は、この技術分野において周知である。膜シー
ト間に、交互に開放多孔質布またはプラスチックシート
またはウェブを含有する平らなシート膜が、中心の多孔
質コアチューブに、通常、接着剤により接着され、その
周囲に巻かれる。膜間の開放多孔質シートは、まず第１
に流体を輸送し、ブラインスペーサーなどの場合、乱流
を生じさせ、流路の挫屈を防止するのに役立つ。

この明細書に記載されているように、便宜上、「スペー
サー」または「スペーサーシート」なる用語は無条件に
透過液の固体であるが多孔質の導管または閉じ込められ
たチャンネル内に流れる流れの乱流を提供するのに有用
であるとして、膜濾過技術分野、特に逆浸透技術分野に
おいて公知の普通の多孔質シート物質を定義すること、
あるいは単に膜シート間隔をとるかまたは昇圧下膜間の
チャンネルの挫屈を防止することを意図するものである
。これまでに用いられているような「スペーサーシート
」は、通常布かまたはプラスチック組成物のものである
が、螺旋巻膜要素に組立てた際、上記の機能を果すこと
のできる、耐久性がある平らなシート物質であれば「ス
ペーサー」なる用語の範囲内にあるものとみなされるべ
きである。

殆どの場合、脱葉のフィードコンデンセート側、即ち、
活性なバリアー膜面あるいは「スキン」を有する側にフ
ィードの、ＲＯの場合はブラインのスペーサーがあシ、
反対側、すなわち透過液側には透過液輸送用の編布シー
トスペーサーがある。この技術分野において周知の工業
用接着剤およびセメント、あるいはヒートシールなどの
他のシール手段を用いて、膜およびスペーサーの種々の
シートまたは葉は、通常は膜を硬質シリンダーに巻きつ
げる直前に「接着」して流路が形成される。選択的なエ
ンド−カップおよび他のハウジング部分をシリンダーに
接着してシールをすべて硬化させた後、螺旋巻要素を、
濾過目的に応じて装置に挿入するかまたは接続する。逆
浸透用途において、取り付けられたエンドカップを有す
る要素は、通常圧力容器チューブに挿入されて高圧ａ・
Ｗ過、例えば４〜１００気圧の濾過に用いられる。

自明のことではあるが、所望の流れの配置により、単一
の多孔質コアチューブの周囲に巻かれた多数（５〜１５
）の繰シ返し膜エンベロープおよびスペーサーを有する
ことは、この技術分野において通常のことである。従来
技術の螺旋と異なり、フィードの非常に長い流路を提供
することができるＲＦＰ要素において、より少ない、単
一のまたは二重の膜エンベロープであっても、所期の用
途に最も有用であると認識することが望ましい。高転換
率を達成するために直列に段階を設けなければならない
従来の螺旋巻膜要素と異なり、前記Ｐ、Ｆ　Ｐ要素は、
単一の要素内で所望の転換率を達成するように設計する
ことが可能であり、追加の要素を通る平行流により総容
量を増大させることができる。

第１図は、円筒状ＲＯ圧力容器２内の、発明の代表的な
逆浸透螺旋巻膜要素１の破断図である。膜要素ｌは、種
々のフィードの出入口、コンセントレートと透過液ノズ
ルを含有し、リングクランプＩＱａとｆｏｂによって所
定の位置に保持されているエンドプレート２ａおよび２
ｂを備えた圧力容器２内にシールされている。

″０″リングシール６．６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ
および６ｆは、膜要素またはその種々のノズルが膜要素
１、圧力容器２、そのエンドプレート２ａおよび２ｂの
出入口に連続されている主要な点において、黒くぬりつ
ぶした長方形で示されている。前記のＲＦＴの膜要素１
の中心には、多孔質コアチューブ３があり、その周囲に
膜ンート１５およびスペーサーが螺旋状に巻かれている
。第１図において、多孔質コアチューブは膜要素１の生
成物端部に接着性プラグであるチューブプラグ４を有し
て、透過ｌ夜ノズル１１を通って圧力容器２を出る生成
物の導管としての役目をする多孔板５中の生成物端部に
おいてフィードが透過液と混合するのを防止する。膜要
素ｌの横方向両先端部は低粘度接着材７ａと７ｂ中に封
入されており、該接着材により膜とスペーサーの端部が
シールされ、膜およびスペーサーがオプショナルのエン
ドカップ９ａおよび９ｂに結合される。エンドカップ９
ａおよび９ｂの代りに、膜要素１は選択的に同じ大きさ
の接着材カップでシールすることも可能である。

第１図に示される生成物側エンドカップ９ｂは、円筒状
であって、″０°°リングシール６ｂを有して、コンセ
ントレートが多孔質板５中へ漏るのを防止する。膜要素
１０充分な封入を確実にするために、生成物側エンドカ
ップ９ｂの長さは約６インチであり、フィード側エンド
カップ９ａの長さが約３インチであることが好ましい。

膜要素１０両端部は、個々に、通常生成物側端部に次い
でフィード側端部を、しばしば翌日に、エンドカップ９
ａおよび９ｂに封入される。前記の封入工程中、要素を
圧力室に入れ、例えば５０　ｐｓｉｇで、窒素雰囲気下
において気泡および気孔のないシールを得るようにする
ことができる。

膜要素Ｉの生成物端部において、要素は硬質多孔板に接
角虫しておυ、硬質多孔板は生成物搬送布１４から出口
ノズル１１を通って透過液を輸送する役目をする。フィ
ード−コンセントレートチャンネルで用いられるスペー
サーは第１図に示されていない。

濃縮されたフィード流は、旋回する半径方向膜流路のシ
ールされない端部から、これは第１図には示されていな
い、円筒状の要素１と円筒状の圧力容器２との間の空隙
によって区画され、開放の周囲の空間室８へと、膜要素
１から流出する。フィードのエンドカップ９ａにある開
口部により、コンセントレートは、空間室８を出てフィ
ードノズル１２の周囲の開放空間に入り、次いで圧力容
器２からコンセントレートノズルＩ３を通って流出する
ことができる。

説明だけの目的のために、前記の図にはＲＦＰ要素要素
一方のみに透過液流出口を有する膜設計が示されている
が、透過液出口は僅かな設計変更で両端部に設けること
ができる。２つの透過液出口を設けるためには、第１図
において透過液側に用いられるシール技術を第２の透過
液ノズル１１とともに反対側で繰９返すことができる。

圧力容器２に渚ってもう一つの他の場所にコンセントレ
ートノズルを再配置することは設計便宜上の簡単な事項
である。

第２図は、生成物搬送布１４、フィードスペーサーと２
枚の膜シート１５を有する発明のＲＦＰ螺旋巻膜の代表
的な層配列の略図である。

生成物搬送布１４は、一般には所定の透過液流路に清っ
て生成物流体、一般には水を輸送することができる編布
である。図示されるように、膜シート１５およびフィー
ドスペーサー材料は、その巾が生成物搬送布１４の巾に
比較して小さい。有効なシールを得るためには、生成物
側において、その好ましい憩部は約４インチであるが、
少くとも約１インチであり、フィード側において、好ま
しい憩部は約１インチであるが、少くとも約１／２イン
チである。

第３図を参照すれば、フィード側エンドカップ９は六角
形の成型物であってコアチューブを収容する中心開口部
を有する。

第４図と第４ａ図は、それぞれ第１図の要素１の拡大断
面図と要素の封入透過液布の更に拡大した図である。第
４図において、外側のリングは圧力容器２であり、その
中に生成物側エンドカップ９ｂが取付けられている。接
着材７ｂは、流体圧によりエンドカップ９ｂを、実線で
示されている螺旋封入された生成物搬送布Ｉ４、即ち、
要素１の生成物端部まで伸びる第２図に示した膜層配列
の唯一のシートに対してシールしている。

第４ａ図の更に拡大された図において、そのいずれかの
側に薄い不浸透性のフィルムを有する透過液搬送布が接
着材７ａの中に封入されて示されている。生成物搬送布
１４は、中心の接着性チューブプラグ４を有する、多孔
質コアチューブ３から外方へ向って接着層まで、それを
エツトカップ９ｂに結合しながら、幡旋状に旋回する。

第５図および第５ａ図は、第１図の線５−５゛　　に沿
った、膜要素１の奥まっていない部分の図である。第５
図において、螺旋状実線は、膜シート１５を表わし、そ
の間の空間は、スペーサーと図示されていない接着材７
ａを備えたフィード−コンセントレートと透過液流れチ
ャンネルを表わす。第５ａ図において、陰影線は脱葉間
のスペーサーを表わす（ここでも接着材７ａは図示され
ていない）。

第６図は、先行技術における通常の螺旋要素におけるフ
ィード−コンセントレートおよび透過液の流れ方向を説
明することを意図したものであり、誇張された１巻かれ
ていない」状態における先行技術の通常の螺旋要素の略
図である。

第６ａ図は、第６図の線６　ａ　−６ａ　Ｋ　Ｇつた、
螺旋要素の図である。チャンネルａおよびＣは、フィー
ド−コンセントレートチャンネルであり、ｂは透過液チ
ャンネルである。膜ペアのバリア層「スキン」側は、図
示されていないスペーサーを有するチャンネルａおよび
Ｃにおいて互に対面しており、透過液用のチャンネルｂ
は、膜ベアの反対の透過液側によって区切られている。

フィード流は、軸方向に流れて開放膜チャンネルａおよ
びＣの一端に達し、そこでフィードの一部分が透過して
隣接する透過液チャンネルｂに達し、残りのフィード、
今やコンセントレートは、膜チャンネルの反対の軸端を
通って流出する。透過液は、フィードに直角に内方へ流
れてコアチューブに達し、旋回しつつ降りて最後に螺旋
巻を出て、多孔質コアチューブを通って要素の外に出る
。上記のような流路とするために、膜とスペーサーの葉
は、第６と６ａ図において陰影をつけた区域で示されＳ
場所でシールされる。このようにして、透過液チャンネ
ルｂは、多孔質コアチューブにおける開口部を除いて、
すべての側面でシールされることが理解できる。第６ａ
図に示される透過液チャンネルとフィード−コンセント
レートチャンネルとの間で、コアチューブにおけるシー
ルは、その場所での混合を防止するために必須である。

第７図は、発明の新規なＲＦＰ要素の好ましい態様を示
す。フィードは、多孔質コアチューブにはいシ、そこで
直角方向に分配され、矢印参照、外方へ旋回する膜チャ
ンネルｂに入る。

第７ａ図は、第７図の線７ａ−７ａｉＣ沿った、螺旋要
素の図である。これらの図は、前記のＲＦＰ　要素の形
状寸法を正確に示すものではなくて、膜チャンネル内で
の種々の流体留分の流れの様子をとり明確に説明するた
めに、意図的にスケールを変形しているものである。コ
ンセントレートは、膜チャンネルの全長を通過後、螺旋
巻の外光端部で膜チャンネルｂを出る。図示されるよう
に、フィード−コンセントレートチャンネルｂは、第７
ａ図に見られる通り、両方の横方向先端部でシールされ
るが、チャンネルａおよびｂで示される膜の透過液側の
透過液チャンネルは、第７ａ図に見られる通９、一方の
横方向先端部において、軸方向に多孔質コアチューブに
おいて、また螺旋膜シートの末端部において、第７図お
よび第７ａ図の通り、シールされる。透過液とフィード
−コンセントレートの横方向の混合を防止するためのコ
アチューブにおける各膜のシールが第７ａ図に示されて
いる。

前記のＲＦＰ螺旋における膜の長さは、透過液側からの
背圧などの操作上の制限事項によって束縛されないので
、流路は、フィードの所望の転換率または濃度に、流路
な「適合させる」ように短くしたシ長くしたりすること
ができる。

この点に関して、流路の面積および、ある程度まで、流
体流れの種類、すなわち層流であるか乱流であるかが、
透過液のトランス膜通過を決定する。禁止されるべき背
圧は、透過液が円筒状要素の一方または両方の軸端にお
いて、フィード−コンセントレート流れに対して直角に
、螺旋を出るようにすることによって回避することがで
きる。

フイードーコンセトンレート流路に沼って、膜を通して
フィードの１部が透過されると、フィード容量が次第に
低下することになシ、それによって固定形状寸法のチャ
ンネルにおいてフィード速度が低下し、下流透過効率が
低下する。

この現象は、遥かに長いフィード流路（ＲＦＰ）の可能
性があるこの発明によって悪化される。

ＲＦＰ　　要素の設計変更により、このようなフィード
速度変化を低減するか、または実質上排除することがで
きる。より自明な設計変更のうちには（１１テーパー付
のスペーサーを用いて膜間の距離を次第に低減させ、そ
れによって下流流路を絞り、流体速度を増大させること
、あるいは（２）螺旋路に沿って中央部により近い先端
部をシールすることによって流路の巾にテーパーを付け
ることが挙げられる。この発明の好ましい態様において
、単一の要素に、内部的に「段階を設けるＪ、ＲＦＰに
よって本質的に提供される新規な選択される要素が用い
られる。従って、コアから半径方向に測って、長さの異
なる２枚、３枚あるいはそれ以上の膜エンベロープを、
単一のコアチューブの周囲に巻いて、その螺旋路に清っ
てフィード容量が減少するにつれて多段とすることが、
実施例１■および■に見られる通り、できる。種々の他
の選択も当業者に自明のことである。

この発明の半径方向に旋回するフィード流路は、工業用
標準旋回モジュールにおける従来の軸流方向よりも遥か
に長く、潜在的に可能な実質上の流路長さを提供する。

このことは、透過液の量または質を低下させることなく
、それに応じてより高い転換率を提供することができる
。

しかしながら、この新規な流路設計は、膜エンベロープ
の外側にあるフィード路と透過液流の間の高圧シールを
必要とし、標準螺旋モジュール流の形状寸法に必要でな
い要求を必要とする。

このような圧力シールは接着材と相溶性の結合面を用い
て得られる。この結合面は、接着材と相溶性があるだけ
でなく、流出透過液に対して障害のない流路を確保する
生成物水搬送用シールドとして作用するものでなければ
ならない。

好ましい態様において、水理学的に不浸透性のフィルム
を、生成物端部において生成物、透過液、搬送布上に塗
布するかラミネートして、適当な結合を達成し、この要
素の生成物端部なシールすることが最も望ましい。この
塗膜かフィルム、好ましくはポリマーフィルムか金属ホ
イルは、透過液編布への実質上の透過を回避するように
注意深く施用しなければならず、この浸透により特に逆
浸透操作において布を通じての生成物の輸送を低減する
ことができる。これは生成物端部に位置する布の表面に
均一な非多孔質ポリウレタン塗膜を付与することによっ
て達成されることを発明者らは見出した。このポリマー
塗膜は、布が螺旋膜要素中の硬質シリンダーへ巻かれた
場合で゛あっても、布の表面に均一に接着されるような
組成と厚みを有するものである。塗膜またはフィルムの
長さは、編布の周囲に平行であり平らな流体シールを形
成するのに充分なものでなければならず、普通約３−１
２インチ、好ましくは６−１θインチでなければならな
い。この発明のＲＦＰ螺旋要素の生成物、透過液側の端
部における有効なシールを得るために１通常膜とフィー
ドスペーサー物質に憩部をもたせて、透過液搬送布のみ
が要素の端部に達するようにすることが必要である。こ
のようにして、透過液導管として作用する編布のみがＲ
ＦＰ要素の生成物端部から見られ６０便宜上、ここで１
−生成物」なる用語は、逆浸透脱塩要素の透過液を確定
するために用いられる。ある種の膜分離においては、フ
ィード−コンセントレート流が真の生成物であって透過
液は廃棄物または再循環流である。更に、透過液流およ
びフィード−コンセントレート流の両方ともが、ともに
分離後用途を有するという意味であり、例えば電着塗料
の限外濾過においてはコンセントレートの塗料固形分、
と透過水はともに塗布−洗浄操作で再使用されるという
意味であり、生成物流と考えられる。

この発明の原理は、現在の工学上の実施、：・で基づい
て現在利用しうるＲＯ螺旋巻要素の限界たる、２０〜３
０％より大きい回収率の使用を必要とする。逆浸透、限
外濾過、膜状化、マイクロ濾過およびガス分離について
平らなシート膜を用いる螺旋巻膜製造に有用である。こ
の発明は、長さが約１２−６０インチの単一要素であっ
て、直列に１２〜１８要素を用いる従来のプライン段階
螺旋システム設計と同様な境界層条件を維持しながら、
９０チまでの回収率で、乱流または不規則層流条件下に
操作することを可能にするものである。換言すれば、フ
ィード流の転換率／回収率の程度は、モジュールの長さ
とは独立であって、むしろモジュールの半径のみに影響
する半径方向流路の長さに依存する。

ＵＦ、ＲＯ，ＭＦ　　およびガス分離用膜は、従来周知
である。単一または二重のバリア層、即ちスキンを有す
る不斉の異方性膜および等方性膜がともにＵＦ、ＲＯ，
ＭＰおよびガス分離用として現在平らなシート状に製作
されている。（米国特許３，６１５，０２４．３，５９
７，３９３および３．５６７，６３２参照）。

膜は、ラミネートされたか、または複合体構造であり、
チャージされるかチャージされない薄℃・バリア塗膜か
フィルムがより厚い支持体上に形成され、この支持体フ
ィルムが多孔質であるか、または拡散性の非多孔質であ
る前記の複合体構造の単一ポリマーまたはコポリマーの
ものであることができる。このような膜の好適なポリマ
ーは、通常ＵＦ、ＭＦおよびθ！適用途に用いられ、ま
た支持体としてＲＯ複合体に用いられるポリピニリデン
フルオリド、ポリスルホン、モダクリルコポリマー、ポ
リクロロエーテルなどの高安定性疎水性物質から、セル
ロースアセテートおよび各種ポリアミンなどの親水性ポ
リマーに至るまでの範囲にわたっている。（米国特許４
，３９９，０３５．４，２７７，３４４．３．９５１，
８１５．４，０３９，４４０　、および３．６１５，０
２４参照）。

限外濾過およびマイクロ濾過などの低圧用途、例えば２
−１０気圧において、螺旋巻要素は任意の濾過システム
への接続用の適当な取付部品を有するそれ自体用の圧力
容器またはカートリフジ中に永久的に取付けることがで
きる。

以下の実施例は、この発明を更に説明するものではある
が、この発明のよシ広い態様を制限するものと解される
べきではない。

実施例■ 透過液側で８インチの高さにおいて、厚さ３ミルのプラ
スチック塗膜で被覆された編布の２８０インチＸ４０イ
ンチシートよシなる第１のフィードチャンネル２膜要素
を巻いて径６インチの要素を製造した。この被覆布ラミ
ネートの先端を低粘度接着材でシールして封入接着材が
透過水導管をシールしないようにした。塗膜の長さを耳
切りして２３０インチの長さについて、布を覆うように
した。これは巻き取り操作中接着材で要素の端部をシー
ルさせるのに必要であった。２４０インチＸ３０インチ
の平らなシート状のポリスルホン支持体を有する複合体
膜の２葉を、それぞれ布材の先端からフィード側および
透過液側に１インチおよび４インチの憩部を残すように
切断して要素の上に置いた。

・１０インチ多孔質コアチューブを巻き取り機に取り付
け、心合せをし、次いで両面テープで被覆布に接着した
。２８０インチＸ３３インチポリプロピレンプラインス
ペーサーシート材を、２枚の膜の間に入れ、その先端を
２枚の膜シートに揃えるようにした。膜接着材を２枚の
膜シートの全周に均一に塗布してシールされたエンベロ
ープを形成した。次いで、これら４枚のシートをコアチ
ューブの周囲に巻いて螺旋要素を形成した。翌日、要素
の透過液／被覆布端部を、６インチの長さだけ、低粘度
接着材を有するプラスチックエンドカップ中に封入した
。封入端部な８０　ｐｓｉ窒素雰囲気下に硬化させて気
泡と気孔のない封入を得た。翌日、要素のフィード／未
被覆側を封入してフィードコアチューブを１〜！、５イ
ンチだけ暴露させ、接着材がないようにした。フィード
側も窒素雰囲気下に封入した。

要素の透過液側の１インチを鋸で耳切りして透過液チャ
ンネルを開放した。即ち、編布を暴露させた。多孔質支
持板で支持された透過液側を有する圧力容器に要素を入
れ、次いで次の条件下に試験した：フイード圧２７０　
ｐｓｉ　、回収率４８％、２５°Ｃにおける３　１００
１）ｌ）ｌＮａｃＩフィード溶液。要素により、フィー
ド入口と透過液との間の差圧低下５ｐｓｉで、廃棄率９
９．０　％において、４９４　ＧＰＤが達成された。

実施例■ 幅１５インチ・長さ２０インチの被覆透過液布片を備え
た１フインチコアチューブを用いて２５インチ径要素を
製造した。被覆材料は、透過液先端上、布片の頂部と底
部において、高さ６インチ・長さ８インチのものであっ
た。巾に１２インチ・長さ８インチの不織支持体を備え
た２枚のセルロース系膜を前記の布片のどちらか一方の
側に入れて透過液先端から２インチの憩部とフィード先
端上に半インチの憩部な持たせた。工業用膜接着材を用
いて・１つの側面全部で膜を布材に接着させた。巾１２
インチ・長さ２０インチのプラインスペーサーネット片
を膜の頂部に入れて膜シートと同じ大きさの憩部を持た
せた。次いで、これら４枚のシート材をコアチューブに
巻いて螺旋要素を形成した。翌日、その要素の透過液側
を３０　ｐｓｉの窒素圧下、低粘度接着材で封入した。

翌日、コアチューブが０．５〜１インチ暴露され、接着
材がないようにして、低粘度接着材を用いて、フィード
側を封入した。次いで、透過液封入部を１インチ耳切り
して被覆透過液チャンネル布を開放した。この要素を、
４３０ｐｓｉ、３０００全溶解固形分ＮａＣｌフィード
、回収率１％、および２５℃の条件下に試験して、廃棄
率９２．６％で１３．７ＧＰＤの流量を得た。

実施例■ 実施例Ｉと同様の方法で得られた径８５インチ・長さ３
フインチの要素は２葉有し、その中の一つは長さが１２
７７１であり、他の一つは長さが６ｍであった。これら
の２葉を巻いた螺旋要素とし、次いで封入した。その結
果、従来の６要素圧力容器のブライン段階２−１配列と
同様のフィードブライン路長さと境界層を有する構成の
ものが得られた。この要素は、廃棄率９７．５係、フィ
ード２７０ｐｓｉ、２５℃および２０００全溶解固形分
ＮａＣｌフィードの条件下、回収率７５係、７３００　
ＧＰＤにて操作することができた。

実施例■ 実施例Ｉと同様の方法で、１８ｍ、１２ｍと６ｍの葉を
含有する径１２インチ・長さ６０インチの要素を製造し
た。これらの３葉を巻いて螺旋要素とし、次いで封入し
た。この結果、従来の６個の要素圧力容器の、プライン
段階３−２−１配列と同様のフィードプライン路長さを
有する構成のものが得らｔた。この要素は圧力４２ｏｐ
ｓｉ、２５℃および２０００ｐｌＸＩＮａＣＩフイード
の条件下、回収率９０％、２３，０００　ＧＰＤ廃棄率
９８．０　％にて操作することができる。

実施例Ｖ 実施例Ｈに記載した方法に従って、長さの異なる２膜葉
よりなるＲＦＰ膜要素を組立てた。膜シートは、ポリス
ルホ／支持体上のポリアミド界面複合体により構成され
た。この要素を、下記の条件下に記載した：フイード圧
２７０　ｐｓｉ、２５°Ｃの２１００ｐｌ）ｌＩＮａｃ
Ｉフィード溶、夜および回収率４係。この要素により、
ＮａＣｌの廃棄率９６、４　％にて９　ＧＰＤの流量が
生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、外部円節状ノ・ウジング内にある発明の螺旋
巻ＲＦＰ膜要素を説明する破１析図である。第２図は、
多孔質チューブの周囲に巻かれて発明の螺旋巻ＲＦＰ要
素を得る代表的な層配置の斜視図である。第３図は、線
３−３に清った、第１図のＲＦＰ要素のフィード側面図
の拡大断面図である。第・１図は線□１−・１に宿った
、第１図のＲＦＰ要素の透過液側の憩部部分の拡大断面
図である。第４ａ図は、第４図の断面の１部拡大図であ
る。第５図は、線５−５に滴った、第１図のＲＦＰ要素
の透過液側の非憩部部分の拡大断面図である。第５ａ図
は、第５図ノ）断面の一部拡大断面図である。第６図は
、従来の要素における膜流路の説明図であり、第６ａ図
は、第６図の線６ａ−６ａｊｌ’ｉ面図である。第７図
は発明のＲＦＰ膜要素における膜流路の説明図であり、
第７ａ図は第７図の線７　ａ　−７ａの断面図である。 １・・・・・・膜要素　　　　２・・・・・・圧力容器
２ａ　、２ｂ・・・エンドプレート ３・・・・・・多孔質コアチューブ 、１・・・・・チューブプラグ ５・・・・・・多孔質板　　　　６・・・・・・０−リ
ングシール６ａ〜ｆ・・−Ｏ−リングシール ７ａ、７ｂ・・・・・・低粘度接着材 ８・・・・・・空間室 ９ａ、９ｂ・・・・・・エンドカップ １０ａ、ｆｏｂ・・・リングクランプ １１・・・・・・透過液出口ノズル １２・・・・・・フィードノズル １３・・・・・・コンセントレートノズル１４・・・・
・・生成物搬送布 １５・・・・・・膜シート −５［々・４ ７＜々・５ −ｊ５労、６ａ −１勿・７ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１以上のシート膜とスペーサーシートを、中心の多
   孔質コアチューブの周囲に固く巻き、シール手段により
   フィード−コンセントレート混合物とそれから得られる
   透過液用の別々の流れチャンネルを提供してフィード−
   コンセントレートと透過液とが相互に混合し合うことを
   防止し、昇圧下流体フィード混合物を濾過するのに好適
   である円筒状螺旋巻型の膜濾過装置において、一端が中
   心のコアチューブに接着され、中心のコアチューブの周
   囲に巻かれて外方へ旋回し、シールされて中心の多孔質
   コアチューブにおけるチャンネル開口部と螺旋膜シート
   のシールされていない末端部におけるもう一つの開口部
   との間に伸びる少くとも一つの半径方向フィード−コン
   セントレート流れチャンネルを仕切る少くとも１対の膜
   シートであり、該フィード−コンセントレート流れチャ
   ンネルがフィード混合物をフィード−コンセントレート
   チャンネルに送り、フィード−コンセントレートチャン
   ネルからコンセントレートを排出する別々の導管手段に
   接続されている前記の少くとも１対の膜シートとシール
   されてその少くとも一つのシールされない軸端からの透
   過液排出のための少くとも一つの透過液チャンネルを仕
   切る前記の膜シートの透過液側の空間であり、該透過液
   チャンネルが該透過液捕集用導管手段に接続されている
   前記の空間とからなることを特徴とする膜濾過装置。 ２、前記の半径方向フィード−コンセントレート流れチ
   ャンネルと軸方向透過液チャンネルの各々が接着剤でシ
   ールされている特許請求の範囲第１項記載の膜濾過装置
   。 ３、該半径方向フィード−コンセントレート流れチャン
   ネルが多孔質スペーサーシートを含有し、該透過液チャ
   ンネルが多孔質布シートを含有する特許請求の範囲第１
   項記載の膜濾過装置。 ４、該膜が逆浸透膜である特許請求の範囲第１項記載の
   膜濾過装置。 ５、該膜が限外濾過膜である特許請求の範囲第１項記載
   の膜濾過装置。 ６、該膜がマイクロ濾過膜である特許請求の範囲第１項
   記載の膜濾過装置。 ７、少くともその一つの先端にラミネートされた水理学
   的に不浸透性のプラスチックフィルムを有する透過液編
   布で構成されるスペーサーシートを包含する特許請求の
   範囲第１項記載の膜濾過装置。 ８、該膜シートと生成物キャリアを除くすべてのスペー
   サーが、各生成物端部において、該要素の端部から少く
   とも約１インチの憩部を有する特許請求の範囲第１項記
   載の膜濾過装置。 ９、軸端から少くとも１インチの距離だけ低粘度接着剤
   に封入される円筒状膜要素の少くとも一つの横方向先端
   部を追加的に有する特許請求の範囲第１項記載の膜濾過
   装置。 １０、１以上のシート膜とスペーサーシートを、中心の
   多孔質コアチューブの回りに固く巻き、シール手段によ
   りフィード−コンセントレート混合物およびそれから得
   られる透過液用の別々の流れチャンネルを提供してフィ
   ード−コンセントレートと透過液とが相互に混合し合う
   ことを防止し、昇圧下流体フィード混合物を濾過するの
   に好適である円筒状螺旋巻型の膜濾過装置において、多
   孔質スペーサーシートによつて分離され、軸方向に円筒
   状多孔質コアチューブに接着され、該円筒状多孔質コア
   チューブの周囲に巻かれて外方へ旋回し、横方向両先端
   部でシールされているが螺旋巻きの末端部はシールされ
   ないで多孔質コアチューブから膜シートと螺旋膜シート
   の末端との間に伸びるフィード−コンセントレート流れ
   チャンネルを仕切る少くとも１対の膜シートであり、該
   フィード−コンセントレート流れチャンネルがフィード
   混合物を該フィード−コンセントレート流れチャンネル
   に送り、コンセントレートを該フィード−コンセントレ
   ート流れチャンネルから排出する別々の導管手段に接続
   されている前記少くとも１対の膜シート、および、該膜
   シートの透過液側で、該要素からの透過液の排出用の透
   過液チャンネルを仕切る少くとも一つの横方向先端部を
   除く該膜の透過液側のすべての先端部におけるシールで
   あり、該透過液チャンネルが該透過液の捕集用の導管手
   段に接続されている前記シールよりなることを特徴とす
   る膜濾過装置。 １１、該半径方向フィード−コンセントレート流れチャ
   ンネルと軸方向透過液流れチャンネルが接着剤でシール
   されている特許請求の範囲第１０項記載の膜濾過装置。 １２、該半径方向フィード−コンセントレート流れチャ
   ンネルが多孔質スペーサーシートを含有し、該透過液流
   れチャンネルが多孔質編布シートを含有する特許請求の
   範囲第１０項記載の膜濾過装置。 １３、該膜が、逆浸透膜である特許請求の範囲第１０項
   記載の膜濾過装置。 １４、該膜が、限外濾過膜である特許請求の範囲第１０
   項記載の膜濾過装置。 １５、該膜が、マイクロ濾過膜である特許請求の範囲第
   １０項記載の膜濾過装置。 １６、その何れかの側にラミネートされたプラスチック
   フィルムを有する透過液編布より構成されるスペーサー
   シートを用いて、該膜要素の透過液側において緊密な水
   理学的シールを行う特許請求の範囲第１０項記載の膜濾
   過装置。 １７、該膜シートと生成物キャリア布以外のすべてのス
   ペーサーが、該透過液チャンネルの開放横方向先端部か
   ら少くとも約１インチの憩部を有する特許請求の範囲第
   １０項記載の膜濾過装置。 １８、該要素の少くとも１つの横方向先端部が、プラス
   チックエンドカップ中の接着剤で封入される特許請求の
   範囲第１０項記載の膜濾過装置。 １９、１以上のシート膜とスペーサーシートが、中心の
   コアチューブの周囲に固く巻かれ、シールされて該膜装
   置内にフィード−コンセントレートと透過液用の別々の
   流路と別々の排出口を提供し、昇圧下に供給される流体
   フィード混合物を濾過するのに好適である円筒状螺旋巻
   型の膜濾過装置において、接着剤に封入される場所にお
   ける多孔質編布シートの両側で、接着性で相溶性の水理
   学的に不浸透性のポリマーフィルムで被覆するかまたは
   ラミネートされた多孔質編布シートよりなることを特徴
   とする膜濾過装置。 ２０、該ポリマーフィルムが、実質上該多孔質編布シー
   トに侵入しない特許請求の範囲第１９項記載の膜濾過装
   置。 ２１、溶解した塩を含有する流体混合物を濾過する方法
   であり、特許請求の範囲第１項記載の膜濾過装置を通し
   て該混合物を濾過することよりなり、該膜シートが逆浸
   透膜を構成することを特徴とする膜濾過方法。 ２２、塩分を僅かに含有する混合物または海水混合物を
   脱塩する方法であり、特許請求の範囲第１項記載の膜濾
   過装置を通して該混合物を濾過することよりなり、該膜
   シートが逆浸透膜を構成する特許請求の範囲第２１項記
   載の膜濾過方法。 ２３、流体混合物中の、溶解または分散しているより大
   きな分子からその中に含まれている水および溶解塩を分
   離する方法であり、特許請求の範囲第１項記載の膜濾過
   装置を通して該流体混合物を濾過することよりなり、該
   膜シートが限外濾過膜を構成することを特徴とする膜濾
   過方法。 ２４、それを含有する流体混合物から溶解している大分
   子または粒状物質を分離する方法であり、特許請求の範
   囲第１項記載の膜濾過装置を通して該流体混合物を濾過
   することよりなり、該膜シートがマイクロ濾過膜を構成
   することを特徴とする膜濾過方法。