JPH05192542A - スパイラル状巻回半透性膜カートリッジ並びにその製造方法及び一体型分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限外濾過又は逆浸透分離装置において使用さ
れる、スパイラル状巻回半透性膜組立体の回りのはぼ筒
状、円滑、継ぎ目なしのシェルを有するカートリッジと
する。 【構成】 このカートリッジは、射出成形によって形成
され、正確な内径を持つ圧力容器を有する従来の分離装
置の内部に使用することができる。このカートリッジ
は、真円形の断面と精密な許容誤差を有するので、圧力
容器に唯一適合する。又、このカートリッジは一体型圧
力容器を組み込むように形成することもでき、従って、
包囲する支持圧力容器を必要とする事なく分離工程にお
いて使用することができる。反応射出成形工程は、スパ
イラル状巻回種類の半透性膜分離カートリッジの全製造
における実質的な有効性を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆浸透及び限外濾過装
置において使用される半透性膜カートリッジ及び特に均
一な特性を有するこのカートリッジの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】膜分離装置、特に中央多孔管の回りにス
パイラル状に巻いた膜を有するカートリッジを使用する
膜分離装置の分野が今日大きく発展してきている。この
ようなカートリッジは、多種類の分離装置及び方法にお
いて多く使用されている。このような半透性膜スパイラ
ル状巻回カートリッジを開示する特許例として米国特許
第3,417,870号や米国特許第3,966,616号がある。このよ
うなスパイラル状巻回膜カートリッジは一般的に中央多
孔収集管を使用し、この管は管の内面と外面との間の流
体の流れを与える一連の孔を有する。この中央管の外面
の回りのスパイラル状の巻回は、接着的に接合された２
シートの半透性膜から通常なる少なくとも１つのほぼ一
様な筒状外包となり、この外包の内側はスペーサ又は浸
透性通路材を包含する。スペーサ又は流入通路提供材の
シートは、外包の外面に隣接しており、それと共に中央
管の回りにスパイラル状に巻回され、従って、スパイラ
ル状巻回組立体を端から端までにわたって軸方向に伸び
た管を包囲する環状領域に通路を提供する。

【０００３】一般的にこの筒状外包とスペーサシートの
１組以上の組み合わせによって、スパイラル状巻回を組
み立て、巻回組立体の外部は通常ある方法で包装され
る。例えば、米国特許第4,600,512号では、スパイラル
状巻回組立体を示し、その中で完全な外側円筒状表面の
回りで螺旋状にテーピングをすることによって包装され
た膜組立体が保持され、このテーピングは成形プラスチ
ックの外周に沿って各端に位置付けられた円形リテーナ
の位置まで伸長することができる。この特許に示された
特別なカートリッジは、包囲圧力容器の中に位置付けら
れ、その中で整列されるように設計されているので、取
り扱われる流入流体のための流路として働く圧力容器の
内側壁とカートリッジの外側との間の環状隙間を残して
いる。その他の膜カートリッジでは米国特許第4,548,71
4号に示されたように圧力容器の内壁に対しちょうど適
合するように設計されており、又は米国特許第4,517,08
5号にいくらか概略的に示されたように圧力容器の内壁
に対しかなり近接して適合し、この入口端でＯリング又
は山形シール等を有するように設計されたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらスパイラル状巻
回カートリッジは、一般的に中央管の回りに手動で、又
は半自動で包装され、その外面は生来的に起伏を有し、
その数はスパイラル巻回に使用される個々の片の数に伴
って増加する。さらに、この包装作業はしばしば比較的
労働集約的であり、注意深い品質管理作業を必要とす
る。従って、スパイラル状巻回半透性膜カートリッジの
構造の改良がひき続き求められ、それに伴いこのような
カートリッジを製造する改良された方法が求められてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、概して、スパ
イラル巻回成分をその中に包含する継ぎ目なし剛体又は
半剛体の封入構造の形状をした一体の外側構造のケーシ
ング又はシェルを有する改良されたスパイラル状巻回半
透性膜を提供し、又、このような改良されたカートリッ
ジの製造方法を提供する。さらに、本発明は、補助的な
外部支持を必要とする事なく、カートリッジの径方向に
おける物理的歪みが最小となるような方法で、スパイラ
ル状カートリッジの通路内の内部流体圧力を包含するこ
とがそれ自身でできる外側シェルを有するカートリッジ
を提供することができる。さらに、本発明は、現在の最
新式の工業用手段を使用して現在達成することができる
よりも物理的均一性の程度をかなり上げることができる
このカートリッジの製造を提供し、とりわけ、その方法
は又、外面の円滑性及び均一性の高い精度と、現在の最
新式の工業用手段では一般的に不可欠の不規則性及び不
完全性が全くない表面を不変的に達成することができ
る。

【０００６】いくらかより詳細には、本発明は、その回
りに膜組立体がスパイラル状に巻回され、その各端部に
１個ずつの１対の円形リテーナを有する中央浸透管を含
み、円形リテーナの周囲が重合体材料からなる流し込み
シェルによって連結されるスパイラル状巻回半透性膜カ
ートリッジを製造する方法を提供する。このシェルは、
その全長に沿って均一な寸法の外側の真円形円筒状の円
滑な継ぎ目なしの表面を持つカートリッジを提供する。
このような改良されたカートリッジを製造するための方
法において、流動材料が、スパイラル状巻回及び適当に
拘束された副組立体が整列された適当な円筒状型穴の中
へ射出され、従って、このシェルが副組立体の外部の回
りで流し込み成形され、一体のカートリッジを形成す
る。

【０００７】

【実施例】極めて全体的に、本発明は一体の密封されス
パイラル状に巻回された逆浸透又は限外濾過カートリッ
ジ１１を備えており、カートリッジ１１は各軸端に１つ
づつある一対の円形リテーナ１３を有している。半透性
膜シート材料とそれに関連されたスペーサシートと通路
提供材料の群から形成されるスパイラル状の巻回は、全
体的に標準の構造をしている。即ち、スパイラル巻回副
組立体として、あらゆる適当な構造が使用され得るが、
より好ましい構造の形が図１に示されている。

【０００８】図１に示した組立体は、金属や好ましくは
プラスチックのような適当な材料からなる中央多孔性浸
透即ち収集管１５を使用する。上記材料はその性質が、
管がさらされる液流と化学的に融和的であるように選択
される。別々の材料からなる複数の方形シート又は片
が、その内側端に沿って収集管１５の外面に個別に付着
される。より詳細には、半透性膜材料の２つの対向した
方形シート１７の群が、それらの間に浸透通路材料のシ
ート１９を挟むように配置され、スペーサ材料２１のシ
ートが３枚のシート群と隣接する群との間に設置され
る。不斉半透性膜が、シート状膜として使用され得る
が、近年改良された合成又は薄いフィルム膜がより広く
使用されるようになっている。この種類の膜では、高密
度活性層が非活性支持層と化学的に異なった材料で形成
される。このような合成膜は、種々の適当な方法によっ
て製造されるが、界面縮合反応が通常起こり、薄いフィ
ルムが２つの反応体によって形成され、通常ポリアミド
のような所望の半透性特性を有する薄い高密度の重合体
面を生成する。この高密度活性層は、浸透通路シート１
９に対して横臥する非活性層と共に、外包の外面に位置
付けられる。

【０００９】その上で界面縮合反応が起こる、より低密
度の多孔性支持層は、適当な重合体材料、好ましくはポ
リスルホンからなり得て、極めて薄い界面層を適度に支
持し、それを横切って望ましからざる高い圧力降下を起
こすことがなような所望の孔寸法を有する。この種類の
膜支持ポリスルホン層は、高い供給圧力の下でも穴が空
くことや過度の変形に備えて、膜材料を本質的に一体に
支持するポリエステルの不織フェルトの裏地の極薄層が
その上にかけられる。このようなポリエステルのフェル
ト裏地層は、通常合成膜シート自身の一部と考えられ、
膜の非活性面に隣接して横臥され、可撓性接着剤によっ
て直接的に浸透通路材にそして非直接的に（又は直接的
にそれら端に沿って）対向する膜シートに対して密封さ
れ、一様な外包を形成する。

【００１０】全体的に、これらカートリッジの構成に使
用される材料は、問題とする特定応用分野の当業者によ
って選択されるであろう。中央管１５は、商用使用目的
と両立する適当な材料から選択され、例えば、ポリ塩化
ビニールのような大強度プラスチック材料を使用するこ
とができる。浸透通路即ち転送片１９は、当業分野でよ
く知られているような多孔フェルト又は織物材料であっ
てもよく、ポリエステル材料からなる「トリコット」
（Tricot）の商標名で販売されるフェルトがよく使用さ
れる。又、浸透通路層は、トリコットポリエステル織、
又はエポキシ若しくはメラミン被覆ポリエステル材料の
ような被覆織物又は織物材料にすることができる。この
分野で公知の押出交差繊維状材料を使用することもでき
る。スペーサシート２１は、ベクサー（Vexar）の商標
名で販売される押出ポリエチレン若しくはポリプロピレ
ン材料又は同様の織物材料としてもよい。

【００１１】このような群の横端を密封し、一様な外包
の内部に位置付けられた浸透通路１９シートを有する半
透性膜材料のこのような一様な外包を形成するために、
粘着材の細片２３が半透性膜シート１７の各対の対向表
面の側端に沿って塗布される。又、粘着材は浸透通路シ
ート１９の側端に沿って塗布され、各対にしみ込み、各
外包に沿って全端の密封を形成するようにする。シート
材料を接着するのに使用される粘着材は、この分野で周
知のポリウレタン型とすることができるが、ビニール樹
脂のポリマー又はコポリマーのような他の重合体粘着材
と同様、適度な設定時間を有するエポキシ樹脂型をその
代わりに使用することもできる。もし所望ならば、浸透
通路シート１９は、半透性膜シート１７よりもやや細く
することができ、従って、最端に沿って事実上、膜対膜
の密封ができる。又、同様の粘着材の細片が、半透性膜
シート１７と（図１には図示しておらず、より長い現実
の片を短くした型である）浸透通路シート１９の最外端
又は末端に沿って塗布され、この粘着材の線は一様な外
包構造を完結する。浸透通路材１９の反対の内側端は、
多孔中央管１５に長手方向に沿って伸長し、従って管の
内側に浸透物を運ぶ孔２５の列のひとつに導かれる。外
包を形成すべく浸透通路シートを挟む半透性膜シート１
７の側面対は、多孔管１５の無孔外面部分に粘着的に接
着される端を有し、従って、この孔の列の回りに側面密
封が形成され、孔は一様外包の内側にのみ連通する。

【００１２】図１に示したように、これら独立方形シー
トは、巻き上げブラインドとほぼ同じ方法で、中央管１
５上で螺旋的に巻き上げられ、スパイラル状巻回筒を形
成する。プラスチック中央管と、その中央管に付着され
る円形リテーナ１３のような成形プラスチック端部分に
ついて時々参照するけれども、これらの構造には金属や
無機組成物のような他の材料を代わりに使用してもよい
ことは理解されよう。通常、少なくとも約２個の片が使
用されるが、４又は５個の片が一般に使用され、カート
リッジの外径に応じて可能には約２４個もの片が使用さ
れる。管の回りの複数の片を巻き上げると、図２に示し
たようなものにいくらか似た形状が得られ、最外面はや
や変形しているが、ほぼ真円筒になる。もし周囲がその
特定の大きさを越える場合には、片の末端を幾らか切り
込むこともできる。各端部の最終的な切り込みは、巻き
上げられた片の側端が管１５の端と揃うように行われ
る。次に、もしこの作業が先に実行されていない場合に
は、管の端部が端ぐりされる。このスパイラル状巻回状
態を保持するために、好ましくは図３に示したように螺
旋的に回転する方法で外面がテープ２７で完全に包装さ
れるとよく、スパイラル状巻回片を取り囲む無孔障壁を
提供する。好ましくは、この２つの円形リテーナ１３
は、各円形リテーナ縁の内端部分上に好ましくは伸長す
るテープによって、巻き上げられた副組立体と関連付け
られる。

【００１３】雄型ボス３１が、各円形リテーナ１３即ち
反入れ子式器具（ＡＴＤ）の内面から内側に伸長し、管
１５の各軸端にリテーナを据え付けかつ同軸的にそれら
を整列させるのに使用される。中央管の各端は好ましく
は、ボスを収容する所定の深さだけ端ぐりされる。雄型
ボス３１は好ましくは、図４及び図５に示したようにそ
の内径が浸透管の内径に等しいか又はそれ以上であると
よい。次に、ボス３１が浸透管の端ぐり穴の中へ、肩部
３３が管の外側軸端面に接触するまで伸長するように円
形リテーナ１３へ挿入される。これらの間の機械的結合
は、他の適当な付着方法が使用され得るが、好ましくは
適当な粘着材若しくはセメントによって固着されるか、
又はスピン溶接によって固着されるとよく、円形リテー
ナがいかなる軸方向の変位に耐えることができる。

【００１４】この製造段階で、スパイラル状巻回要素副
組立体３４は、中央管１５の相対する軸端に機械的に固
定された２つの円形リテーナ１３を有する。プラスチッ
クテープ２７又は他の適当な制限手段が、全円周と円形
リテーナの縁端の回りに螺旋的に巻き付けられ、特に円
形リテーナ１３の内面に隣接して横臥するスパイラル状
に巻回されテーピングされた副組立体の側端に沿う巻外
れを防止する。

【００１５】円形リテーナ１３の外径は、最終仕上げカ
ートリッジの所望の径と等しくなるように形成され、図
４及び図５に示した例では、ボス３１から径方向外側の
各円形リテーナの内面が、図４及び図５で最もよく分か
るようにスパイラル状に巻付けられた膜副組立体の端面
に対して揃っている。縁の内端の凹部３５が、スパイラ
ル状の巻回の公称の径に約等しい径の表面を与える。そ
の表面の上では、テープが伸びており、浅い固定溝３７
が後述の目的の為に、この円形表面の末端に備えられて
いる。その溝の深さは好ましくは、少なくとも0.762mm
(0.03inch）で例えば1.524mm(0.06inch)から2.032mm(0.
08inch)がよい。各円形リテーナの縁３８は、成形工程
において、ガスケットを収容するために及び後述するよ
うに圧力容器の中でカートリッジの最終据付組立体の中
の供給端に環状のシールを収容するために、好ましくは
方形の断面をした深溝３９を包含する。さらに、円形リ
テーナ１３は中央筒状ハブ４１を含み、そこから複数の
径方向アーム４３が外側に縁３８の内面まで伸びてい
る。円形リテーナ即ちＡＴＤ１３がこの種類のカートリ
ッジの標準的な構成要素で、例えば射出成形されるポリ
スルホン又はＰＶＣ又はＡＢＳによる重合体材料が都合
よく成形される。

【００１６】２つの円形リテーナ１３が据え付けられる
と、螺旋状に包装された組立体が、図４に概略的に示さ
れたように、射出成形の筒状穴４５の中へ設置される用
意ができる。射出型穴４５の内面の大きさは最終分離カ
ートリッジ１１の所望の外寸法に仕上がるように決めら
れる。型は、好ましくはほぼ水平の分離線を有するよう
に形成され、好ましくは型穴の上部１／２が、スパイラ
ル状の巻回副組立体３４の挿入を可能にするようにその
方向から取り除かれる。正方形断面を有する１対の環状
エラストマーのガスケット４７が備えられ、一つは、円
形リテーナ１３の各深溝３９の中にあり、型穴表面に対
して密封を行い、従って、図４に示したように螺旋状テ
ープの外面と円形リテーナ１３との間の環状領域に成形
樹脂を制限する。型穴４５の内面は滑らかで、ガスケッ
トを据え付けないときの２つの円形リテーナの径よりも
やや大きくなるような径を持つような寸法である。

【００１７】内側穴の側面が滑らかであると、仕上がっ
たカートリッジの外面が同様に滑らかになる。しかしな
がら、外面に例えば小さなくぼみのある織り目を出すこ
とを所望するときには、それに従って穴の内面を形成す
る。同様に、制御されたバイパス流を有するカートリッ
ジの提供を所望するときには、穴壁の鏡像表面に用意し
ておくことによって、浅く螺旋的に伸びた又は側方向に
中断された溝を、外面に形成することができる。このよ
うな溝は、カートリッジの外側面に沿って末端から末端
まで制御された漏出を与えるように使用され得る。ＡＴ
Ｄの縁に引き込み通路を与え周囲の密封を省略すること
によって、制御されたバイパス流を、所望ならば確立す
ることができる。このバイパス流は、参照の為にその開
示をここに挿入する米国特許第4,548,714号に示された
カートリッジによって与えられるものとほぼ等価であ
る。

【００１８】とにかく、射出用型の半分同志が閉じられ
ると、スパイラル状に巻回された副組立体が適所に保持
される。なぜならば、型穴の内壁が、２つの円形リテー
ナの周囲をちょうど越えて突出するガスケット４７をき
つく把持し圧縮するからである。２つの側面の円形リテ
ーナ１３の間の領域中の型穴内の空所体積は、最終的な
カートリッジの外側ケーシング又はシェル４９の体積と
なる。射出成形は、通常その適用において使用されるよ
うに、そして特に、２つの化学成分からなる熱硬化性重
合体樹脂の射出を用いるのに適当な、普通のスプルー、
ガス抜き口、溝を備える。２つの化学成分は、通常反応
射出成形（ＲＩＭ）と呼ばれる方法を用いて型穴の中へ
圧力下で射出されながら、入口付近のバルブの中で混合
される。代表的には、比較的低い圧力の作用が好まし
く、ポリウレタンを形成する２つの成分が約５０ｐｓｉ
以下の射出圧力で使用され、それら混合された成分は型
穴の中で反応し、微孔性の又は実質的に固形の堅い外側
ケーシングができる。このようなＲＩＭ成形成分は、シ
バガイキ（Ciba-Geigy）及びアメリカンシアンナミド
（American Cyanamid）から簡単に入手することがで
き、全米には所望の仕様に反応する２つの成分配合を提
供することができる多数の配合所がある。例えば、適度
な設定時間を有するポリウレタン配合は、カリフォルニ
ア州プラセンチアのウレタン・プラスチック株式会社
（Urethane Plastics, Inc.）によってモデルUI5061と
して、及びカリフォルニア州オランジのポリマ・デベロ
ップメント・ラボラトリ株式会社（Polymer Developmen
t Laboratories, Inc.）によってモデルPDL972Dとして
販売されている。ポリウレタン反応混合が好ましいが、
例えば、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等の他の適当
な有機樹脂系を使用してもよい。シェル７５の望ましい
肉厚は、重合体樹脂の引張強度に依存して変化し得る。
しかし、シェルの壁厚は、少なくとも約０．２５４ｍｍ
（０．０１インチ）はあるべきで、好ましくは円形リテ
ーナ１３間の領域の平均壁厚は少なくとも約１．２７ｍ
ｍ（０．０５インチ）であるとよく、一般的には、シェ
ルが単独型圧力容器として使用されることがない限り、
約５．０８ｍｍ（０．２インチ）は越えない。

【００１９】樹脂成分は、この分野で公知のようにこの
ＲＩＭ工程のため混合され、慎重に調整された圧力の
下、この混合物が調整されながら型の中へ流され、樹脂
がスパイラル状巻回片の副組立体の外面と、各円形リテ
ーナ１３の露出内面に直接密接に接触しながら、型の密
閉された空所空間を完全に充填する。好ましくは、この
混合物はポリエレタンのようなポリマを形成するひとつ
で、これは、良好な結合特性を有し、それが接触する
面、特に円形リテーナの面と強い接着結合を形成する。
さらに、浅い溝３７は各円形リテーナの凹部３５の円形
面末端に備えられ、重合体樹脂で充填され、従って、円
形面の外径より小さい内径の環状舌部対を形成すること
によってケーシング４９を円形リテーナ１３に積極的に
固定する。

【００２０】一般的に、型には口が設けられており、混
合バルブ５１からの樹脂混合物の射出は、低部入口５３
を通り、図４の図示で、上部右手角の型ベント５５から
超過の樹脂流がいくらか流れ出るまで、汲み上げられ流
れ続ける。樹脂混合物の成分は、混合バルブを通過して
吸い上げられるのに適当な粘度をもつような温度で供給
され、これらの成分は、樹脂混合物の架橋、即ち、初期
硬化を構成する型穴の内部で発熱反応を経る。従って、
型穴はこの分野で公知のように（図示しない）冷水の供
給によって通常冷却され、温度は平常では約９３℃（２
００°Ｆ）以下に保持される。取り扱うことができるま
で十分に凝固させるための初期硬化を完成させるのに必
要な時間は、使用する特定の樹脂系に依存し、約３０秒
から約５分ないし１０分までの広い範囲となる。樹脂成
分を混合バルブを通って汲み上げ、低部入口に流入させ
るのに要する時間は、好ましくは、型穴が十分に充満さ
れたとき、即ち、樹脂流が上部出口スプルー５５に達し
たときに、樹脂のある程度のゲル化が丁度始まるような
時間とする。通常、ポリウレタン樹脂系における好まし
い射出時間は、約２５秒から約６０秒の間であり、よっ
て流量は、シェルがその中で形成される型穴の空所容積
に応じて決められ、従って、その樹脂容積が適当な時間
枠の中で供給される。これらすべてはＲＩＭ分野で周知
のことである。

【００２１】この作業が水平方向に整列された型の中で
実行されるように図４で概略的に図示されているが、水
平方向から約１０から１５度で型を傾けてもよく、これ
により出口スプルー５５が型穴の残りの上壁よりやや高
い位置にあって、完全な充填を確実に達成できるように
するとよい。型からいくらか溢れ出た後、射出を停止
し、射出混合物が、その化学変態を経て、流動可能又は
液体混合物の状態から有機重合体材料が十分に固形にな
り外面を損なうことがなく取り扱うことができるように
なるまで、初期的硬化をするのに十分な時間が与えられ
る。一度、化学反応がこの段階まで進むと、通常ポリウ
レタン樹脂系では約４分経過後にこの硬化樹脂面を取り
扱うことができ、樹脂が取り扱うことができる状態にな
るとすぐにカートリッジ１１が型から取り外される。次
に、一般的にこのカートリッジは横におかれ、通常約２
４時間で室温で硬化が完成される。

【００２２】完全に硬化されたカートリッジ１１は、両
端の２つの円形リテーナ１３に機械的かつ接着的に結合
された堅い円滑な重合体の筒状ケーシング４９の形状を
した一体型外側構造で特徴付けられ、円形リテーナはさ
らに各円形リテーナのハブ部分の内面の間の内側管面の
端ぐり穴への結合を介して、機械的に中央浸透管に接続
され、従って、全体として一体型構造を形成する。この
ようにして円形リテーナ１３の外周面に沿ったシェル４
９との相互固定及び各リテーナの内側ボス３１に沿った
中央管１５との相互固定の結果として、全体のカートリ
ッジ内のスパイラル状の巻回は、使用中のあらゆる長手
方向の変形、例えば伸縮に対して能動的に阻止すること
ができる。さらに、より重要なことには、流し込まれた
一体の継ぎ目のないケーシング４９の結果として、径方
向の変形を阻止される。ケーシング４９は後述するよう
に、分離目的で使用されるカートリッジ１１を含んで包
囲する圧力容器の内部で正確に適合するように大きさが
きめられる。

【００２３】射出型から取り除き、２４時間の完全な硬
化期間を経た後、カートリッジ１１は、次の、型に口が
設けられたところの樹脂の水切り部や短い栓の小さな切
り取りの実行のための準備がなされる。図５及び図６に
最もよく示したように、カートリッジ１１の外面は円滑
で継ぎ目がなく、一方の円形リテーナ縁３８の周壁から
反対の軸端にある他方の円形リテーナ縁の周壁へ長手方
向に伸長する。さらに、円形リテーナ面にある溝３７内
の環状舌部を形成する重合体材料からなるビードの存在
によって、円形リテーナ１３との強固な３６０度の固定
ジョイントが各端で提供される。さらに分かるように、
カートリッジシェル４９の外側の全体的に均一な寸法
は、射出型穴の内面と円形要素１３の周壁がほぼ揃って
いる結果として生じ、これによって、図６に概略的に示
したように、分離装置の圧力容器の内側内での正確な所
望の適合を確実に実現することができる。

【００２４】また、本発明の他の重要な利点は、従来で
は一般的に手動で又はせいぜい半自動作業でこのスパイ
ラル状巻回膜要素になる個々のシートの副組立体を巻く
現場において高い精度を達成するための努力の必要性を
減少させることができることにある。この半自動作業で
は正確に張力を制御する必要があり、最終のスパイラル
状巻回製品の外面が近似の円形になりかつ円滑になるよ
うに均すために、多数の個々の方形シートの末端を注意
深く刈り込む（最終的にはいくらか偏心が残る）ことが
必要になっていた。一般的に、このようなスパイラル状
巻回要素には（例えば、米国特許第4,842,736に示した
ように）ポリエステル樹脂又はおそらくエポキシ樹脂に
よって浸潤されロービングされたガラス繊維をしばしば
使用して、その全外面にわたって螺旋状にテーピングが
行われていたが、このテーピングでは、その偏心を除去
することはできないであろう。このようなカートリッジ
は円形断面をもつ圧力容器に適合するよう設計されてい
るので、この偏心はもちろん好ましくない。時には、偏
心は、圧力容器に挿入することを妨害するかもしれな
い。

【００２５】又、螺旋状の外側テーピングは、カートリ
ッジの全寿命を通じて堅く巻回されるよう片を拘束しな
くてはならず、効率的な性能を悪化させる溝ができるの
を最小限にしなければならないことが重要であると考え
られていた。溝ができることは、供給溶液が端から端ま
で流れる所の（スペーサシートによって画成される）供
給通路の隔離部分が拡張することを意味する。溝ができ
る結果、これら拡張された溝を通る例えば塩水の供給流
量をはるかに増加させる。これはもちろん、このような
分離装置の効率的な全体の性能を得るために重要な全ス
パイラル状供給通路装置にわたって、比較的均一な流れ
を確立することを妨害する。しかしながら、もし追加的
な安定性が所望されるならば、射出型穴に挿入される副
組立体３４が全体に螺旋状に包装された強化繊維を含む
ことができ、この強化繊維は（特に、一体型圧力容器が
形成される後述の他の実施例における例のように）円周
方向強さ又はフープ強度をさらに追加的に与えることが
できるであろう。この包装による追加的な強度は、実質
的なフープ強度をそれ自身で与えるシェル４９を補うた
めに必要とされるとは考えられていない。

【００２６】別の重要なこととして従来のスパイラル状
巻回膜の外側の螺旋状包装では、膜外包を突き抜けるあ
らゆる切目、引裂、剥離等の発生を防止するために取扱
防護を与える能力を必要とされた。この切目、引裂、剥
離等は、外包の内部の浸透通路へ直接高圧の供給液体が
漏洩することを招来し、従って、深刻な効率損になる。
強固な重合体シェルが一体的に円形リテーナ１３に接合
され、次に円形リテーナ１３が機械的に中央浸透管１５
に連結されていることにより、カートリッジ外部からの
潜在的な侵入に対し、能動的な防護を与える一体の全体
構造を形成する。重合体の外筒シェルは、取扱による損
傷を最も受けやすい領域において良好な防護を与える。
さらに、重合体シェル４９は、ウォータハンマや供給圧
力の揺らぎによる長期のひび割れ及び／又は疲労に対し
優れた耐性を与え、結果としてカートリッジの寿命の増
加に至らしめる。

【００２７】図６にこの分野で周知の標準的なコネクタ
を使用して付着された可動板６５ａと６５ｂによって端
が閉鎖された外圧力容器６３を有する分離装置６１が概
略的に示されている。カートリッジ１１の均一性によ
り、分離装置の圧力容器６３の内部の位置に簡単に滑り
入れることができ、カートリッジの供給端に隣接する円
形リテーナの方形溝３９に山形環状シール６７が備えら
れる。圧力容器の左手の端板６５ｂは、カートリッジの
供給端の円形リテーナ１３のハブ内に突出し、多孔中央
管１５の端部に入る中央栓部分６９を備える。（図示し
ない）Ｏリングが、プラグの外面の溝に配置され、中央
管１５の内壁に対し密封を行い、従って、この端部で栓
を通って多孔管１５の中に入る流れを防止する。圧力容
器はこのような中央プラグを含むひとつの可動板６５を
有するものとして示されているが、選択的に圧力容器６
１を他のものと連結することが所望される場合には、概
略的に他方の端に示したように、中央開口を有する板を
備えることもできる。

【００２８】出口端では、圧力容器の可動閉鎖板６５ａ
が開口を備え、この開口を通って中央コネクタ管７１が
適合される。又、管７１の内端では、その外面の溝に
（図示しない）Ｏリングがあり、浸透管１５の内面に対
して端ぐり穴のちょうど軸方向内方向へ密封係合するよ
う着座される。この管７１は、浸透管１５の内部領域と
連通し、圧力容器６３の外側に連結された浸透出口とし
て作用する。

【００２９】作用において、供給流が入口管７３に流入
する。入口管７３は、図６の装置で左手の上部隅にほぼ
径方向に位置付けられ、圧力容器の供給端の環状領域７
５に高圧供給流体を吐出する。この領域は、径方向アー
ム４３の間の開放領域の中に直接通じ、次に、スペーサ
材料シート２１によって画成されるスパイラル状通路に
通じる短い環状充満空間として働く。。カートリッジの
長手軸方向に沿って供給物が流れるときに、浸透物が半
透性膜材１７の選択的に浸透する開口を通り、供給物
（又は濃縮物）の残りが出口端に向かって流れ続けるに
つれ、より濃縮されていく。図６に示した右手の端で、
濃縮物が他方の円形リテーナの中の開口を通り類似の充
満空間７６に流れ、次に側方出口７７を出る。側方出口
７７はもちろん中央浸透出口７１とは分離されている。
濃縮物のための出口７７を圧力容器の側方に持つ代わり
に、選択的に可動閉鎖板６５ａの中の非中心位置に備え
ることもできる。

【００３０】成形され流し込まれた外側ケーシング４９
を有するカートリッジ１１全体は、正確な外側許容誤差
と、スパイラル状に巻回された片の堅い拘束を保持する
能力により改良された性能特性をもつだけでなく、前に
示したように、堅い重合体外側シェルがスパイラル状巻
回副組立体に対する不注意の損傷の可能性を実質的に減
少させることによりかなり改良された取扱特性を有す
る。これらの利点は、製造作業における改良と品質管理
のコストを低下させることと相俟って、このカートリッ
ジの設計を大変に望ましいものとする。

【００３１】図７には、本発明の種々の特徴を具現化し
た選択的形状をしたカートリッジ８１が示されており、
軸方向の長さに伸長された異なった設計の円形リテーナ
即ちＡＴＤ８３が使用されている。これは、ハブ８９の
中へ通じる中心開口８７と円形リテーナの内側内部に形
成された充満空間室９３に通じる非中心開口９１を備え
た固形端ディスク部分８５を有する。これは、２つの個
別の相互に合わさる部品としてＡＴＤ８３を射出成形す
ることが好ましいかもしれない。図３で図示した組立体
で使用された円形リテーナ１３と比較すると、細長い円
形リテーナ８３は、端ディスク８５の縁の外端に見られ
る最大径から凹んだ周囲の周面部分を有し、また、中央
浸透管９９に設けられた端ぐり穴の中に受け入れられる
雄型ボス９７を同様に備える中央ハブ８９から放射上に
延びる複数の径方向の柱９５を有する。この設計は、特
に、単独型の密封された圧力容器型を提供するようにさ
れており、カートリッジの各端の細長い円形リテーナ８
３を通る１対の中心及び非中心開口８７、９１が適当な
密封された連結を容易にし、図６に示したような包囲す
る圧力容器を必要とすることなく単独ユニットとして圧
力下で一体カートリッジ８１の作用を容易に行うことが
できる。

【００３２】この点から、中心開口８７は、２以上のこ
れら密封されたカートリッジ８１を直列に連結するのを
容易にし、又は、特別の適用が所望される場合、単にユ
ニットの両端から浸透流を許容する管用ネジを備える。
他方、カートリッジ８１が単独で使用される場合には、
適度にネジが切られた栓が２つの中心開口８７のひとつ
に挿入されるとよく、従って、浸透流は対向する開放端
の単独の開口からのみ流出することができる。もちろ
ん、開口８７，９１と導管との間の他のあらゆる適当な
密封連結を使用することができるときは、管用ネジは必
要ではない。同様に、管用ネジが、各円形リテーナの中
の非中心開口９１の中に導かれるように備えられ、入口
供給パイプと出口濃縮物パイプへとそれぞれ連結され
る。図６からわかるように、これらの開口は、図６に示
した構造と類似のスパイラル状巻回膜副組立体の軸端で
３６０度の使用を提供する環状室９３の中へ通じる。

【００３３】伸長した円形リテーナの細長い周壁面は、
円形リテーナと流し込みシェル１０１との間に形成され
るべきより強固な密封の可能性を提供する。この点か
ら、方形断面をもつ第１の浅い溝１０３ａが、円形リテ
ーナの内端にほぼ近くに備えられ、深い方形の溝１０３
ｂが、円形リテーナのその他のほぼ固形ディスク部分８
５の中に該浅い溝から離間されて設けられる。２つの溝
の間の領域及びスパイラル状巻回膜組立体の回りで適合
する短い円形フランジ部分１０４の領域でリテーナ８３
の縁の最大端での径よりも所定の量だけ小さくなるよう
に凹んでいる。リテーナ８３の縁の最大端は、型穴の内
径に等しくなるように寸法付けられる。所望ならば、ス
パイラル状巻回膜副組立体の主中央部分が図３に示した
ものよりやや小さい径で、又は外縁部分の径がやや大き
くなるようにし、やや厚いシェル１０１を形成し、さら
なるフープ強度と、作用中のカートリッジの内部の供給
流の圧力から外側に撓む可能性に対する耐性を提供する
ように設計がなされ得る。

【００３４】一般的に、このような一体型圧力容器カー
トリッジは、約２００ｐｓｉ以下の圧力の供給流に使用
されるが、壁の厚さ、重合体材料の強度及び（前述の）
補強材が含まれているか否かに依存して、２５０から３
００ｐｓｉ付近の圧力又はそれ以上の圧力にも使用する
ことができる。例えば、約１０１．６ｍｍ（４インチ）
の外径を有するこの一体型圧力容器カートリッジでは、
約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）又はそれ以上例えば
１０．１６ｍｍ（０．４０インチ）のシェルの厚さを有
することができる。壁の強度に対する要求はカートリッ
ジの全体の径と共に変化するので、より大きな径になれ
ば、通常それだけより厚い壁のシェルが使用されるべき
である。例えば、約２０３．２ｍｍ（８インチ）の外径
をもつカートリッジに対して、約１２．７ｍｍ（０．５
インチ）から約２０．３２ｍｍ（０．８インチ）に等し
い厚さの壁が使用されることができる。完成したカート
リッジにおいて、シェルの各端部にある離間された固定
溝１０３ａ，ｂ対を用意することにより、非常に優れた
圧力密封構造が形成され、これらの溝は外面に垂直な壁
面を有し、したがって、３６０度にわたって伸長し、離
間され、相互係合する２対の面の形状をした非常に強固
な接合を提供する。この接合は、好ましくはウレタンの
シェルの内面とこれら２つの溝間の領域の細長い円形リ
テーナの凹んだ周面との間の強固な接着結合によって補
強される。

【００３５】図７に示したカートリッジを製造するため
の、副組立体の型の中への装填は、実質的に同じであ
る。任意のシールを、型穴の円滑な筒状表面とＡＴＤ８
３の最端部の間に設けることができ、射出される化学材
料の入口開口と該化学材料のオーバフロー出口開口も実
質的に同じである。類似の反応成形化合物を前述したよ
うに使用することができる。（型穴の径と等しい）円形
リテーナ８３の外縁端の径と、巻き上げられたスパイラ
ル状巻回膜副組立体の径の差異は、流し込みケーシング
１０１の壁厚を決め、この差異は前述したように予期さ
れる圧力を密封できるのに必要な壁の強度を提供できる
ように十分な寸法に決められるべきである。一般的に、
壁の強度は、ケーシング壁の厚さと使用される重合体材
料の引張り強さの目安であり、一般的に、作用中のカー
トリッジ内の内部圧力に単独で耐えるように設計された
カートリッジは、包囲圧力容器内で使用するように設計
されたカートリッジに比べて、より厚い壁のケーシング
が使用されるであろう。さらに、いくらかより剛体の重
合体樹脂がこのような圧力容器型カートリッジを製造す
る際に使用されるとよい。所望ならば、この目的のため
繊維強化材の使用を含むこともでき、例えば、副組立体
を型内に設置する前に繊維状織物の形等をした筒状スリ
ーブを、各円形リテーナ８３の内端の円形のフランジに
機械的に結合することができる。このようなスリーブ
は、反応射出成形工程の間に型の中へ射出される重合樹
脂材料によって包囲される結果として、ケーシングの一
体部分となる。このような補強材の存在によって、スパ
イラル状巻回膜組立体を完全に包囲する一体型圧力容器
の全体の完全性をさらに改善することができる。カート
リッジの各端部の円形リテーナの端壁にある２つのネジ
つき開口８７、９１を提供するだけでよく、その結果、
スパイラル状巻回膜組立体が、カートリッジが設計され
た目的である所の逆浸透や限外濾過分離工程の通常の作
用に対して適切な内部流体圧力を受けるときに、半径方
向の歪みや巻回の巻外れに対する耐性と同様、長手方向
の歪みに対する耐性をさらに持つことができる。

【００３６】図８には、本発明の種々の特徴を具現化し
た第２の選択的のタイプのカートリッジ１０５が示され
ており、図７に示したカートリッジの場合のように、各
軸端に２つの開口を有するのみの一体型圧力容器として
機能するように設計されている。図８の変形例では図３
に示したものといくらか類似しているが、カートリッジ
の予定された外径よりも常に小さい外径を有する円形の
リテーナ１０７が使用される。これは、凹んだハブ１１
１の上の長手方向の中央延長部１０９を有し、この延長
部は、メネジを有し、図７の実施例の固形端ディスクに
よって占められた外側領域の中へ本質的に伸長する。比
較的薄い環状壁１１３のみが、ハブから縁まで放射状に
延びるように設けられ、この壁は同じくネジが切られる
単一の非中心穴１１５を除いて連続している。リテーナ
１０７の外径を小さくすることにより、重合体樹脂材料
が壁１１３の外周を流れ又は包み、（図７の実施例にお
ける部分８５に類似した）端ディスク部分１１７を構成
する所の主部分を形成する。図８から分かるように、長
手方向中央延長部１０９の径は、カートリッジの径の１
／２以下、好ましくは、１／３以下であるとよい。結果
として、射出される重合体樹脂が型穴壁から中央延長部
の周面までのこの全領域を占めると、非常に強固な接合
が形成される。換言すれば、少なくともカートリッジの
径の１／４に等しい径長さを有し、好ましくは少なくと
も１／３の長さを有する、カートリッジの各端部の重合
体樹脂の環状壁の結合は、特に、これら横の端壁の存在
によりカートリッジ内に蓄積される内部圧力に有効に耐
えることができる強固な構造を形成する。

【００３７】副組立体を射出型内に設置する前に、図８
の左手端に示したように端部固定具１２１が各円形リテ
ーナ１０７に付着されることを除き、前述したものとほ
ぼ類似のＲＩＭ成形工程が使用される。右手端は、端部
固定具が取り除かれた後を示していることを理解された
い。これら端部固定具１２１は、樹脂が射出の際に流れ
る空所空間を画成する型穴と協働して、特に最終的なカ
ートリッジの端面の形状を決定する。端部固定具１２１
は、一体の中央の同心短シャフト即ち心棒１２３がそこ
から突出する円形部分を備え、心棒１２３の外部には標
準的な管用ネジが切られる。この固定具は、円形リテー
ナの伸長されたハブ１１１の内面に形成された管用メネ
ジの中にねじこまれる。又、別の短い心棒即ち栓１２５
があり、その外面に標準的な管用ネジが切られ、リテー
ナの中のネジ切りされた非中心穴１１５の中にねじこま
れる。端部固定具の中の円形通路が非中心穴１１５と整
列したときに、栓１２５の円形の断面の後端はその通路
を通ってちょうど良く適合する。Ｏリング（図示せず）
が栓１２５の外端に置かれ、固定具１２１との間の密封
を確実にする。最終的なカートリッジのこの位置におい
て、栓１２５は穴１１５から管用メネジの延長部を形成
する。端ディスク固定具１２１の部分と一体的に形成す
る代わりに、中央の短シャフト１２３が、所望ならば円
形固定具の中央の通路に適合して摺動可能に又は螺合可
能に収容される個別のボルトとして形成されることがで
きる。

【００３８】前述した他の実施例の場合のように、中央
浸透管１２６の端部の端ぐり穴に適度に接着的に結合さ
れ、又はスピン溶接された円形リテーナ１０７と、各軸
端に据え付けられた端部固定具１２１と共にスパイラル
状に巻回された膜副組立体は、射出型穴の中に装填され
る。重合体ケーシングを形成するように反応する樹脂成
分を射出した後、架橋反応が起こりかつ個々の成分が表
面を損なうことなく取り扱うことができる固形状に硬化
するのに十分な時間だけ、型は閉じた位置に保持され
る。次いで、型から取り除かれ、室温で固形のほぼ堅い
重合体樹脂材料に完全に硬化される。

【００３９】最終的に仕上げされ、完全に硬化されたカ
ートリッジ１０５は、ＲＩＭ重合体材料からなる所望の
壁厚を持つ一体の外側構造によって特徴付けられ、各端
部に位置付けられた小さな径の円形リテーナ１０７に機
械的及び接着的に結合され、円形リテーナのほとんど全
体を包含する。この点で、方形の断面をした溝１２７が
円形リテーナの外周に備えられ、類似の方形の溝１２９
がハブ１１１の伸長部分１０９の外面に備えられる。環
状壁１１３に隣接する端壁１１７を形成する間にこれら
周囲の溝１２７、１２９が重合体材料で充填され、又、
円形リテーナと端ぐり穴の表面にある浸透管との間の結
合によって、相互固定と良好な機械的な結合がもたらさ
れる。又、好ましくはポリウレタン樹脂を使用すること
により、溝１２７の外側の円形リテーナ１０７の周面に
沿って強固な接着結合が起こる。結果として、図８に示
した設計は、その寸法的な安定性を保持しつつ、自己内
包型圧力容器ユニットとして作用するときに、図７に示
したものよりより高い内部圧力に耐えることができる。

【００４０】成形工程が終了すると、端部固定具のネジ
栓部分１２５が成形された本体からネジが戻されること
により外され、充満空間室と連通する穴１１５を含む非
中心管用ネジ開口を残す。次いで、固定具１２１自身の
ネジを緩めることにより、図８の右手端に示したような
カートリッジの端部の別の平坦な端壁面を露出する。重
合体樹脂による円形リテーナ１０７のほとんど全体を覆
う、即ち外側シェル１３１を形成することは、重合され
射出された樹脂がカートリッジの外面積の９５％以上を
占める構造を形成することになる。この成形の方法は、
製造時に達成されるべき正確な許容寸法誤差を達成し、
このカートリッジが分離作業間の比較的高い内部圧力に
耐えるに十分な適切な機械的強度を有することを保証す
る。

【００４１】本発明は、発明者が現時点で知っているベ
ストモードを構成すると考えられる幾つかの異なる実施
例に関して述べてきたが、この分野の当業者にとって自
明である種々の変更や変形を、特許請求の範囲に述べら
れた発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを
理解されたい。例えば、図１から図６までは各軸端でシ
ェルの一部として一体に連結されたＡＴＤを有するカー
トリッジを形成する好ましい方法について例示したが、
カートリッジの一端の単一のＡＴＤのみを利用すること
によってもあるいはカートリッジの両端にＡＴＤを持た
ない場合であっても、本発明のある程度の効果が得られ
ることを理解されたい。このような例では、スパイラル
状巻回膜副組立体を組み入れた正確で均一の外径を持つ
カートリッジを製造する良好な方法がなお提供されるこ
とであろう。もし、カートリッジの両端にシェルの端部
に付着されるＡＴＤを持たせるべきでなければ、成形工
程で一時的な障壁を使用し、射出された樹脂混合物がス
パイラル状巻回及びテーピングされた副組立体の露出さ
れた軸端に達するのを防止することができ、特にシェル
とテープ障壁との間の境界で、カートリッジに円滑で平
坦な端面を提供するために、シェルを形成するまで、テ
ープ副組立体は刈り込まれないであろう。

【００４２】さらに、反応射出成形を使用することを強
調してきたが、熱硬化性樹脂のトランスファー成形等の
他の同様な成形工程を、選択的に使用することができ、
本質的に同じ設計の型穴を使用する。同様に、ポリウレ
タン、ポエステル、及びポリエポキシドがカートリッジ
の一部として流し込まれた強固な堅いシェルを製造する
のに好ましい材料として述べてきたが、他の同様な有機
重合体材料、特に熱硬化性プラスチックを、現在続けら
れているこのような重合体樹脂の開発の分野で知られて
いるように、使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半透性膜材及び通路提供材の複数のシート又は
片がどのように中央多孔管の回りでスパイラル状に包装
されるかを示す斜視図である。

【図２】スパイラル状に巻回された後の、図１に示した
膜組立体の端面図であり、管の断面を示す。

【図３】図２の完成し拘束されたスパイラル状巻回組立
体の斜視図であり、その両軸端に開放された円形リテー
ナが据え付けられている。

【図４】適当な型穴の中に据え付けられた図３で図示さ
れた組立体を長手方向にとった概略断面図である。

【図５】図４と類似の拡大された断面図の一部で、型穴
から回収した後の完成したカートリッジの詳細を示す。

【図６】図４の型穴で製造され、圧力容器の中で作動す
るために据え付けられる（図示せず）、完全な膜組立体
を使用する分離装置の概略的断面図である。

【図７】一体型圧力容器がカートリッジシェル構造の一
部として形成されるカートリッジの別の実施例の、図５
及び図６とほぼ類似した断面図である。

【図８】同じように一体型圧力容器を有し型穴から取り
除かれた後に描かれたカートリッジのさらに別の実施例
の図７と類似の断面図であり、成形作業で使用される１
つの金属固定具板と栓が左手端から取り除かれる前の図
である。

【符号の説明】

１１ カートリッジ １３ 円形リテーナ １５ 中央浸透管 １７ 半透性膜材料シート １９ 浸透通路 ２１ スペーサ材 ３４ スパイラル状巻回副組立体 ４１ ハブ ４５ 型穴 ４９ シェル ６１ 分離装置 ６３ 圧力容器 ８１ カートリッジ ８３ 円形リテーナ １０１ シェル １０５ カートリッジ １０７ 円形リテーナ １２１ 端部固定具 １２３ 心棒 １２５ 栓 １２６ 中央浸透管 １３１ シェル

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパイラル状巻回半透性膜カートリッジ
   であって、 中央浸透管と、 少なくとも１つの伸長したほぼ一様の筒状膜の外包であ
   って、その内部で浸透通路材を包含し、その内部が該中
   央管の内部と流通する外包と、 流入通路提供材であって、前記外包と該流入通路提供材
   が前記中央浸透管の回りにスパイラル状に巻回されるよ
   うに配置され、該流入通路提供材が該スパイラル状巻回
   を通って端から端まで軸方向に延びたスパイラル状流路
   を形成し、該スパイラル状流路は前記半透性膜外包の外
   面と連通する、流入通路提供材と、 前記スパイラル状巻回組立体の各端部にあり、そこを通
   って前記スパイラル状流路へ又はスパイラル状流路から
   の流体の流れを許容する側方の開口を有する円形リテー
   ナと、 前記円形リテーナの間を伸長し、かつリテーナを相互連
   結し、前記カートリッジの均一な寸法の外側真円筒表面
   を提供する、前記スパイラル状巻回組立体を包囲する重
   合体材料からなる外側のほぼ筒状の流し込みシェルと、
   を備えることを特徴とするスパイラル状巻回半透性膜カ
   ートリッジ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカートリッジであって、 前記中央浸透管とそれぞれの円形リテーナの各端部は、
   前記中央浸透管が前記２つの円形リテーナを同じ長手方
   向の軸に正確に中心付けるように係合する相互係合手段
   を有することを特徴とするカートリッジ。
3. 【請求項３】 請求項２記載のカートリッジであって、 前記流し込みシェルは、前記重合体材料の接着性によっ
   て前記円形リテーナの両方に対して密封され、該リテー
   ナと共に一体構造を形成することを特徴とするカートリ
   ッジ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のカートリッジであって、 前記各円形リテーナの周面は環状の溝を有し、前記流し
   込みシェルは内方に伸長する環状の舌部の対を有し、そ
   れぞれそのひとつは前記各リテーナの前記溝を充填し、
   従って前記シェルを両方の前記円形リテーナに結合する
   ことを特徴とするカートリッジ。
5. 【請求項５】 請求項４記載のカートリッジであって、 前記環状溝は、前記スパイラル状巻回組立体に隣接して
   置かれる前記各円形リテーナの周囲部分に形成されるこ
   とを特徴とするカートリッジ。
6. 【請求項６】 請求項３記載のカートリッジであって、 前記シェルは一体型圧力容器の部分を形成し、前記管の
   両端部にある前記円形リテーナ要素は、結合によってシ
   ェルに付着され、各円形要素は軸方向内面、軸方向外
   面、周面、及びそれらの内部に形成される環状室を有
   し、該室は該軸方向内面から伸長し、前記円形要素の開
   口手段が該環状室と該軸方向外面との連通を提供するこ
   とを特徴とするカートリッジ。
7. 【請求項７】 請求項２記載のカートリッジであって、
   前記中央浸透管の各端部の内面に端ぐり穴が設けられ、
   前記各円形リテーナは、該端ぐり穴の中に収容され該中
   央管の内径とほぼ等しい内径を有する突出雄型ボスを有
   することを特徴とするカートリッジ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７項のいずれか１項に記
   載のカートリッジであって、前記外側シェルの壁厚が少
   なくとも約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）であるこ
   とを特徴とするカートリッジ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし７項のいずれか１項に記
   載のカートリッジであって、前記外側シェルの壁厚が約
   １．２７ｍｍ（０．０５インチ）から約５．０５ｍｍ
   （０．２０インチ）の間であることを特徴とするカート
   リッジ。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９項のいずれか１項に
    記載のカートリッジであって、前記シェルは、各軸端に
    １対の側方径方向内側に伸長した壁を有し、各壁は前記
    円形リテーナのひとつの側面を軸方向に越えて設置され
    該側面に接触することを特徴とするカートリッジ。
11. 【請求項１１】 スパイラル状巻回半透性膜カートリッ
    ジが一体型圧力容器の内部に包含された一体型分離装置
    であって、 中央浸透管と、 少なくとも１つの伸長したほぼ一様の筒状膜の外包であ
    って、その内部で浸透通路材を包含し、その内部が該中
    央管の内部と流通する外包と、 流入通路提供材であって、前記外包と該流入通路提供材
    が前記中央浸透管の回りにスパイラル状に巻回されるよ
    うに配置され、該流入通路提供材が該スパイラル状巻回
    を通って端から端まで軸方向に延びたスパイラル状流路
    を形成し、該流路は前記半透性膜外包の外面と連通す
    る、流入通路提供材と、 前記スパイラル状巻回組立体の各端部にあり、そこを通
    る前記スパイラル状流路へ又はスパイラル状流路からの
    ほぼ軸方向の流体の流れを許容する開口を有する円形リ
    テーナと、 前記スパイラル状巻回組立体を包囲する重合体材料から
    なる外側のほぼ筒状の流し込みシェルであって、該シェ
    ルは前記分離装置の寿命を通じて前記スパイラル状の巻
    回を確実に拘束し、前記円形リテーナの間を伸長してリ
    テーナに対して密封されることにより円形リテーナを相
    互に連結し、均一な寸法の外側真円筒表面を有する一体
    型圧力容器を提供する、前記シェルと、を備え、 前記圧力容器は、その一方の軸端部に形成された供給入
    口通路と、その他方の軸端部に形成された濃縮物出口通
    路とを有し、該通路は前記リテーナの中の前記開口に通
    じ、前記円形リテーナの少なくとも一つは前記中央浸透
    管の内部と連通するハブ部分に中央開口を有し、 これにより前記分離装置は、処理すべき入力流が供給さ
    れたときに包囲圧力容器を持つことなく、浸透流と分離
    された濃縮流を生ずるよう作用することができることを
    特徴とする一体型分離装置。
12. 【請求項１２】 スパイラル状巻回半透性膜カートリッ
    ジを製造する方法であって、 多孔側壁を有する中央浸透管を提供し、その内側と外側
    との間で連通を与える工程と、 ほぼ一様な筒状断面を有する半透性膜外包の少なくとも
    一定の長さを形成する材料を提供する工程であって、該
    外包はその内部にわたって伸長した浸透通路材を包含す
    る工程と、 前記半透性外包材の一端と前記中央浸透管とを連結し、
    外包の内側が前記多孔側壁を介して前記中央管の内部と
    流通される工程と、 少なくとも一つの流入通路提供材シートを提供する工程
    と、 前記筒状外包材と前記流入通路提供材シートを前記浸透
    管の回りでスパイラル状に巻回し、所望の外径をしたス
    パイラル状に巻回されたほぼ円筒状の副組立体を形成す
    る工程と、 １対の円形リテーナを上記中央浸透管に関連づけて、こ
    のリテーナの一方を各軸端部に位置付け、他方と同心的
    にする工程と、 ほぼ円筒状の穴を有する型の中に前記スパイラル状巻回
    副組立体と前記関連づけられた円形リテーナを位置付け
    る工程であって、前記穴は、前記組立体の主の部分と前
    記型穴の円筒状壁との間の空所領域を残すように割り振
    られた円形断面をした穴である工程と、 前記型を閉じ、前記スパイラル状巻回副組立体の外面と
    前記型穴の内壁との間の前記空所に圧力下で流動可能な
    材料を射出し、環状の長手方向に伸長する領域をほぼ充
    填し、それにより前記円形リテーナ対の間を伸長しかつ
    円形リテーナ対に付着する外部のほぼ筒状重合体シェル
    の中に、前記スパイラル状巻回組立体を内包し、一体型
    カートリッジを形成する工程と、 前記外部重合体シェルの固形化の後、前記カートリッジ
    を前記型から取り除く工程と、 を備えたことを特徴とする製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法であって、前記
    各円形リテーナはその周面に環状の溝を有し、前記型の
    中に射出される前記流動可能な材料は該環状の溝を充填
    し、該成形重合シェルを介して一体型構造として前記円
    形リテーナを互いに固定することを特徴とする製造方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の方法であって、前記
    スパイラル状巻回副組立体は、前記型穴の中に位置付け
    られる前に、その側周面全体の回りで不浸透性カバーに
    よって包装されることを特徴とする製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の方法であって、前記
    カバーはまた前記副組立体に隣接する前記リテーナの端
    部分の回りで包装されることを特徴とする製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１３記載の方法であって、前記
    浸透管の各端部は、前記関連づけられた円形リテーナと
    同軸関係で機械的に係合され、前記型穴内部における円
    形リテーナの位置が、型穴の軸方向の中心線に沿って前
    記浸透管と正確に整列することを特徴とする製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１２記載の方法であって、前記
    各円形リテーナはその周面において長手方向に離間され
    た少なくとも２つの環状溝を有し、この溝は前記射出工
    程間に射出される流動可能な材料によって充填されるこ
    とを特徴とする製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の方法であって、前記
    各円形リテーナは前記型穴の径よりも小さい周方向の径
    を有し、環状壁から軸方向に外側に伸長する中央メネジ
    の切られたハブを有し、前記各円形リテーナは協働円形
    固定具と組合わされ、該固定具は、該リテーナのネジの
    切られた前記中央ハブの中に収容され前記環状壁から軸
    方向外側に該固定具を離すネジの切られた心棒を包含
    し、さらに、各該固定具は、環状壁の中の開口へ伸長す
    るオネジの切られた栓を有し、該リテーナ要素の環状壁
    と円形固定具の対向面との間の領域が重合体材料で充填
    されるような間隔であり、該材料は、該円形リテーナ要
    素をほぼ包むことによりその両端を包含する包囲筒状容
    器の中に該副組立体を一体に内包し、従って、該オネジ
    栓を取り外すことによって該スパイラル状巻回副組立体
    の軸端部の方へ通じるメネジ開口が残ることを特徴とす
    る製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１７記載の方法であって、前記
    スパイラル状巻回副組立体を外面と型穴の筒状壁との間
    の前記空所領域は少なくとも約６．３５ｍｍ（０．２５
    ｍｍ）の平均厚さを有し、形成される前記重合体材料シ
    ェルは、少なくとも約２００ｐｓｉの内部作用圧力に耐
    えるほぼ剛体の圧力容器を形成することを特徴とする製
    造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１２ないし１９のいずれか１項
    に記載の方法であって、前記流動可能材料は、ほぼ剛体
    の外側重合体シェルを形成する化学反応を行う少なくと
    も２つの化学成分の混合物であることを特徴とする製造
    方法。
21. 【請求項２１】 スパイラル状巻回半透性膜カートリッ
    ジの製造方法であって、 多孔側壁を有する中央浸透管を提供し、その内側と外側
    との間で連通を与える工程と、 ほぼ一様な筒状の断面を有する半透性膜外包の少なくと
    も一定の長さを提供し、該外包はその内部にわたって伸
    長した浸透通路材を包含する工程と、 前記半透性外包材の一端と前記中央浸透管とを連結し、
    外包の内側が前記多孔側壁を介して前記中央管の内部と
    流通される工程と、 少なくとも１つの流入通路提供材シートを提供する工程
    と、 前記筒状外包材と前記流入通路提供材シートを前記浸透
    管の回りでスパイラル状に巻回し、所望の外径をしたス
    パイラル状に巻回されたほぼ円筒状の副組立体を形成す
    る工程と、 前記スパイラル状巻回副組立体のほぼ円筒状周面全体を
    不浸透性カバーで包装する工程と、 ほぼ円筒状の穴を有する型の中に前記覆われたスパイラ
    ル状巻回副組立体を位置付ける工程であって前記穴は、
    前記カバーと前記型穴の円筒状壁との間の空所領域を残
    すように割り振られた円形断面をした前記穴である工程
    と、 前記型を閉じ、前記スパイラル状巻回副組立体の外面と
    前記型穴の内壁との間の前記空所に圧力下で流動可能な
    材料を射出し、環状の長手方向に伸長する領域をほぼ充
    填し、それにより外部のほぼ筒状重合体シェルの中に、
    前記包装されたスパイラル状巻回副組立体を内包する工
    程と、 前記外部重合体シェルの固形化の後、前記カートリッジ
    を前記型から取り除く工程と、を備えたことを特徴とす
    る製造方法。