JPH067649A - うず巻ろ過モジユールにおける給液スペーサの押出し及び円周方向の膨張を抑制したモジユールとその構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 うず巻限外ろ過モジユールにおいて、給液ス
ペーサの押し出しや円周方向の膨張を防止する。 【構成】 透過液搬送管の周りに給液スペーサスクリー
ン１８と一緒に巻きつけられた１枚以上の膜ろ葉１６を
備え、膜ろ葉は流路の中をモジユールの軸方向に流れる
流体と接触するようになっている。給液スペーサスクリ
ーン１８は、その端部が巻回膜ろ葉１６を囲む開放メッ
シュ外包み２０となるように膜ろ葉の末端を越えて伸び
出ている。複数の拘束バンド２２が限外ろ過モジユール
の長さに沿って縦に間隔をおいた関係に設けられてい
る。拘束バンドは、熱収縮材料で構成され、熱を加える
ことによって適所に固定されて締結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には限外ろ過技
術に関し、さらに具体的には、十字流ろ過に用いるうず
巻ろ過モジユールとそれの構成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半透膜が高圧逆浸透並びに低圧限界ろ過
プロセス及びマイクロろ過プロセスの両方に用いられ
る。限界ろ過装置の代表設計は、うず巻ろ過モジユール
を提供することである。このようなモジユールは一枚以
上の透過エンベロップ又は膜ろ葉を周りに巻いた透過夜
管を備えることによって作られる。これらの膜ろ葉は給
液スペーサスクリーンによって分離されている。うず巻
ろ葉は、これまで給液スペーサスクリーンの１層の外側
端に溶着されているバイパススクリーンによって適所に
保持されていた。次にバイパススクリーンは組立てられ
たろ葉の円周の周りに巻かれ、最終的には、ろ過モジユ
ールを完成するためにバイパススクリーン自体に溶着さ
れる。

【０００３】ろ過モジユールは、ハウジング又は圧力容
器の中に装填されて、ろ過モジユールを横切るわずかな
圧力降下で作動される。標準流れ状態はまた、２６．６
〜６０℃（８０〜１４０°Ｆ）の範囲の温度を含んでい
る。ろ過モジユールに加えられる液圧力と処理操作から
の熱とが組み合さって、バイパススペーサスクリーン及
び給液スペーサスクリーンとして用いられる熱可塑性材
料を軟らかくするように働く。これはうず巻を緩めて逐
次の材料層を保持する摩擦力を小さくして、終いには給
液スペーサスクリーンが押出されるようにする。このよ
うな押出しは、衛生上の問題や押出し問題にもとづく低
流量領域によって生ずる低動作効率を生ずる可能性があ
る。押出しから生ずる外径の増大はまたろ過モジユール
を交換、検査又は試験のために取除くことを困難にす
る。

【０００４】知られている限り、上述の形式のうず巻限
界ろ過モジユールにおける給液スペーサの押出しや円周
方向の膨張を少なくするか無くすことを意図した試みは
従来なかった。衛生的用途でない場合、上述の問題は硬
化してモジユール用の剛直な外殻を形成できるフアイバ
グラス、強化エポキシなどの外包みによって避けられ
る。これは、停滞流が硬化外殻の表面に沿って必ず生ず
るので、衛生的用途又は停滞流領域ができてはいけない
他の用途では受け入れられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、一つ以上の拘束バンドで囲むことによって給液
スペーサの押出し及び円周方向の膨張を事実上防止する
限外ろ過モジユール及びそれの構成方法を提供すること
である。

【０００６】上述の目的に対する当然の結果として、本
発明の一つの目的は、給液スペーサ押出し又は円周方向
の膨張を生じない限外ろ過モジユール及び普通のろ過装
置の一部分を含む在来の圧力容器を改造する必要のない
限外ろ過モジユール構成法を提供することである。

【０００７】顕著な給液スペーサ押出し又は円周方向の
膨張を生じず、一つ又は複数の膜ろ葉を有するモジユー
ルを利用できる限外ろ過モジユール及びそれを構成する
方法を提供することも本発明の目的の一つである。

【０００８】本発明のその他の目的は、以下の説明及び
特許請求の範囲を添付図面に照らして読むとそれらから
明らかになるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、ハ
ウジングの中へ受け入れられるように構成され、かつ、
縦方向に伸びる透過液搬送管と、複数の層を形成するよ
うに前記透過液搬送管の周りに巻きつけられた少なくと
も一枚の膜ろ葉と、前記流体の流れを前記膜ろ葉の層の
間に収容するように前記膜ろ葉の層を離し、かつ前記膜
ろ葉の層の周りの外包みとなる手段と、前記膜ろ葉の層
及び前記外包みを膨張しないように保持するために前記
外包みの周りに前記外包みときつく接合して伸びている
バンド手段と、前記バンド手段及び前記外包みとなる手
段の周りに伸びるスペーサ手段とを備え、前記バンド手
段及び前記外包みとなる手段の両方が前記ろ過モジユー
ルを前記ハウジングの中に入れたとき、流体を通過させ
ることができるようにすることを特徴とするうず巻ろ過
モジユールを提供することによって解決される。

【００１０】

【実施例】図１及び図３を最初に参照すると、ろ過モジ
ユールが総括的に数字１０（図３）で表わされ、壁に複
数の穴１４を有する細長い透過液搬送管１２を備えてい
る。

【００１１】透過液搬送管１２の円周方向の周りに図１
に例示された方法で複数の限外ろ過エンベロップ又はろ
葉１６をうず巻き状に巻きつけることによって限外ろ過
モジユールを提供することは当業者には周知である。各
ろ葉１６は、不活性成分で形成された開発メッシュスク
リーン材料であってよい透過液収集シートによって分離
された２枚の限外ろ過膜シートを通常は含んでいる。ろ
葉は、透過液搬送管の両端でのり付けすることによって
透過液搬送管に固着される。膜ろ葉が複数の層を形成す
るように透過液搬送管１２の周りに巻きつけられると
き、各層は、流体が開放メッシュ構成の結果として容易
に通過できる給液スペーサスクリーン１８に分離され
る。膜ろ葉を分離する給液スペーサスクリーン１８の長
さは、それが少なくとも下にあるろ葉の末端１７までの
びるように選ばれるのが好ましい。

【００１２】最も好ましくは、給液スペーサスクリーン
１８は、巻回ろ葉を完全に囲む外包み２０を与えるよう
にそれぞれの下にあるろ葉の末端を越えて円周方向に伸
びていることである。したがって、各図面に示された好
ましい実施例において、外包み２０は、下にある膜ろ葉
の末端を越えて伸び、うず巻ろ葉を完全に囲う外包みを
与えるように互いに重なる４枚の給液スペーサスクリー
ンによって与えられる。

【００１３】外包み２０が一旦所定の一につけられる
と、複数の拘束バンド２２がうず巻組立体の長さに沿っ
て縦に間隔をおいた位置で外包みの上にかけられる。拘
束バンド２２は、ろ過モジユール上で位置を容易に動か
すことができるように、外包みの外径よりわずかに大き
い直径になるように寸法を決められる。拘束バンド２２
は、ろ過モジユールをゆっくり回転させながら局部的に
加わるようにした399 °Ｃ〜５３８℃（７５０〜１００
０°Ｆ）の間の温度で反応するポリテトラフルオロエチ
レン・ポリマのような熱収縮性合成物で構成されるのが
好ましい。代表的ろ過モジユールは各バンドの直径を１
０〜１５％だけ完全に収縮させるのに合計で３〜５分の
時間を必要とする。

【００１４】拘束バンド２２が適所に外包み２０ときつ
く接触した後には、モジユール組立体全体がかたいうず
巻形状に保持されるので、円周方向の膨張及び給液スペ
ーサスクリーンの押出しが防止される。最後にバイパス
スクリーン２４ガ拘束バンド２２の上に重なるような方
法で外包み２０に取付けられる。バイパススクリーン２
４は、もう１枚の開放メッシュ材料である。このスクリ
ーンは、外包み２０に（拘束バンド２２が置かれている
領域を除いて）溶着され、次にろ過モジユール組立体の
周囲に巻きつけられ、巻き終り端が巻き初め端に少し重
なるようにされる。次に、バイパススクリーン２４は、
重なり、領域において両端同志が溶着され、溶着領域
は、図３および図４において数字２５によって表わされ
ている。次に、バイパススクリーン２４は、数字２６に
よって表わされ、拘束バンド２２の両側でかつ組立てら
れたろ過モジユール１０の周辺の周りに円周方向に間隔
をおいた位置で外包み２０に溶着されている。溶着領域
２６は、拘束バンド２２がうず巻組立体に沿う軸方向の
運動をしないように拘束バンド２２をきちんと固定する
働きをしている。

【００１５】使用時には、被ろ過流体がろ過モジユール
１０が挿し込まれるように構成されたハウジング（図示
なし）の一端に供給原料として導入される。この供給原
料は給液スペーサスクリーン１８によって作られた流路
に沿って軸方向に進む。次に、透過分は個々のろ葉１６
の膜材料に入ることができ、終いには膜ろ葉から排出さ
れ、穴１４を通って透過液搬送管１２に入る。ろ液は、
軸方向に流れ続け、ハウジングの別個のろ液出口を通っ
て取除かれる。バイパススクリーン２４が流体を進める
ことができるために、ろ過モジユールとそれに関連した
ハウジングとの間には衛生的完全性を害するように流れ
効率を落す可能性のある死領域がない。同様に、拘束バ
ンド２２が流体２２が流体を通すことができなくても、
それらの拘束バンドは、バンドの表面上を絶えず流体が
通るのを確実にして衛生的完全性を維持するスクリーン
材料（外包み２０とバイパススクリーン２４）によって
すべての側面を囲われている。拘束バンド２２は、給液
スペーサスクリーンの材料が前述の動作条件のもとで押
出される傾向があるにも拘らず、ろ過モジユール組立体
の元の直径を保つために十分な強さのものであることは
明らかである。

【００１６】本発明はまた、縦に伸びる透過液搬送管を
備え、少なくとも１枚の膜ろ葉を備え、前記膜ろ葉の上
に流体を通すスペーサ手段を載せ、ろ葉を透過液搬送管
に当業者に周知の方法で取付け、次に複数の間隔をあけ
た膜層を与えるために透過液搬送管の周りに膜ろ葉とス
ペーサ手段を巻きつけることによってうず巻ろ過モジユ
ールを構成する方法を含んでいることが分かるであろ
う。スペーサ手段の長さの選択は、それが少なくとも膜
ろ葉の最外層の末端まで、そして好ましくは、巻回ろ葉
を囲む外包みスクリーンを形成するのに十分にろ葉の端
を越えて伸びるように行われる。複数の拘束バンドが巻
回層と外包みを適所に保持するために縦に間隔を離した
場所に外包みの周りにしつかり固定される。次に、流体
を通すスクリーン手段が拘束バンドと外包みの周りに巻
きつけられて流体を通す表面が拘束バンド２２のすべて
の側面に確実に存在するようにする。バイパススクリー
ン２４は、それ自体に重ねて完成されたろ過モジユール
組立体を作るように重ね合せた部分を溶着することによ
って適所に固定される。好ましくは、バイパススクリー
ンはまた拘束バンドを適所にロックして軸方向にどちら
の方向へも動かないように拘束バンド２２の両側で円周
方向に間隔をあけた場所で外包みに溶着される。

【００１７】給液スペーサスクリーン１８、外包み２０
及びバイパススクリーン２４に用いられるメッシュ材料
は、当業者に周知の種々の不活性合成物で作ることがで
きる。代表的な材料には、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンやポリエステルなどの高、低密度ポリオレフインがあ
る。ナイロン（商標）及同等の特性をもつ他の材料も適
用できる。

【００１８】拘束バンド２２は、材料がろ過される物質
と反応せず、うず巻モジユール組立体とぴったり接合で
きる限り、種々の材料で構成できることが分かるであろ
う。同様にして、拘束バンドの数及びバンド間の間隔
（あるとしても）は、特定のろ過モジユールの動作要件
又は経済に見合うように変えることができる。間隔をお
いた関係にある複数の拘束バンドが普通は用いられるけ
れども、単一の幅広いバンドが特定の設備に適当なこと
がある。

【００１９】給液スペーサスクリーンをそれぞれの下に
あるろ葉の末端を越えて伸ばすことによって外包み２０
を形成することが好ましいが、給液スペーンに溶着さ
れ、次にうず巻ろ葉の周囲に巻きつけられる別個のスク
リーンによって外包みを形成することも可能である。

【００２０】本発明の方法と装置は、限外ろ過、マイク
ロろ過及び逆浸透を含む種々の形式の十字流ろ過に適用
できる。

【００２１】前述のことから、本発明は、前述のすべて
の目的及び本発明を商業的用途で利用するときに明らか
になりそうな他の利点を達成するのによく適応したもの
であることが分るであろう。

【００２２】開示した本発明のある特徴及び副組合せが
有益であり、他の特徴及び副組合せに関係なく用いるこ
とができることが分かるであろう。これは、特許請求の
範囲によって企図され、特許請求の範囲内にある。

【００２３】多くの可能な実施例が本発明の特許請求の
範囲から外れることなく本発明から作ることができるの
で、本明細書に述べられるか添付図面に示されたすべて
の事項は例示的であり、限定の意味でないと分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って構成されたろ過モジユールの
斜視図である。

【図２】 図１に示されたろ過モジユールの膜ろ葉を透
過管の周りに巻きつけ、バイパススペーサスクリーンを
つけた後の斜視図である。

【図３】 本発明による完成したろ過モジユールの構成
の詳細を例示するために切除した部分のあるもう一つの
斜視図である。

【図４】 本発明によるろ過モジユールの側立面図であ
る。

【符号の説明】

１０ ろ過モジユール １２ 透過液搬送管 １６ 膜ろ葉 １８ 給液スペーサスクリーン ２０ 外包み ２２ 拘束バンド ２４ バイパススクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・シー・マクダーモット、ジュニ ア アメリカ合衆国マサチュセッツ州01904、 リン、ベリボー・ドライブ19 (72)発明者 デイビッド・エム・コルビー アメリカ合衆国マサチュセッツ州02155、 メドフォード、サーキット・ロード40エイ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体をろ液部と透過液部にこし分けるう
   ず巻ろ過モジユールであって、該ろ過モジユールがハウ
   ジングの中へ受け入れられるように構成され、かつ縦方
   向に伸びる透過液搬送管と、 複数の層を形成するように前記透過液搬送管の周りに巻
   きつけられた少なくとも１枚の膜ろ葉と、 前記流体の流れを前記膜ろ葉の層の間に収容するように
   前記膜ろ葉の層を離し、かつ前記膜ろ葉の層の周りの外
   包みとなる手段と、 前記膜ろ葉の層及び前記外包みを膨張しないように保持
   するために前記外包みの周りに前記外包みときつく接合
   して伸びているバンド手段と、 前記バンド手段及び前記外包みとなる手段の周りに伸び
   るスペーサ手段とを備え、 前記バンド手段及び前記外包みとなる手段の両方が前記
   ろ過モジユールを前記ハウジングの中に入れたとき、流
   体を通過させることができるようにすることを特徴とす
   るうず巻モジユール。
2. 【請求項２】 前記スペーサ手段を前記バンド手段の両
   側で前記外包みとなる手段に結合する結合手段を含む請
   求項１に記載のうず巻ろ過モジユール。
3. 【請求項３】 前記透過液搬送管に円周方向に間隔をお
   いた場所で複数の前記膜ろ葉が結合され、前記膜ろ葉を
   分離する手段が複数あることを特徴とする請求項２に記
   載のうず巻ろ過モジユール。
4. 【請求項４】 前記外包み及び前記スペーサの両方が熱
   可塑性材料からなり、前記結合手段が加熱溶接からなる
   ことを特徴とする請求項２に記載のうず巻ろ過モジユー
   ル。
5. 【請求項５】 前記バンド手段が熱収縮性材料からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のうず巻ろ過モジユー
   ル。
6. 【請求項６】 ハウジングの中に受け入れられるのに適
   応した形式であって、流体をろ液部と透過液部にこし分
   けるうず巻ろ過モジユールを構成する方法であって、該
   方法が、 縦に伸びる透過液搬送管を備える段階と、 少なくとも１枚の膜ろ葉を備える段階と、 前記膜ろ葉の上に流体を通すスペーサ手段を備える段階
   と、 前記膜ろ葉を前記透過液搬送管に取付ける段階と、 前記スペーサ手段によって分離された複数の膜層を作る
   ように前記膜ろ葉と前記スペーサ手段を巻き、巻かれた
   膜ろ葉の周りに流体を通す外包みを巻く段階と、 巻か
   れた膜ろ葉の層と前記外包みを適所に保持するためにバ
   ンド手段を前記外包みの周りにきつく固定する段階と、 前記巻かれた膜ろ葉の層と前記外包みの周りに流体を通
   すスペーサ手段を巻く段階とを含むうず巻ろ過モジユー
   ル構成方法。
7. 【請求項７】 前記バンド手段が横に動かないように前
   記スペーサ手段を前記バンド手段の両側で前記外包みに
   結合する段階をさらに含む請求項６に記載のうず巻ろ過
   モジユール構成方法。
8. 【請求項８】 前記スペーサ手段を巻かれた位置に固定
   する手段を含む請求項６に記載のうず巻ろ過モジユール
   構成方法。
9. 【請求項９】 前記膜ろ葉を備える段階と前記スペーサ
   手段を備える段階がそれぞれ複数の膜ろ葉と複数のスペ
   ーサ手段を備える段階からなり、前記膜ろ葉を前記透過
   液搬送管に取付ける段階が前記膜ろ葉を円周方向に間隔
   をおいた場所に取付ける段階からなる請求項８に記載の
   うず巻ろ過モジユール構成方法。
10. 【請求項１０】 前記外包みと前記スペーサ手段の両方
    が熱可塑性材料からなり、前記結合段階が熱溶接からな
    る請求項８に記載のうず巻ろ過モジユール構成方法。
11. 【請求項１１】 前記固定段階が前記バンド手段を前記
    膜ろ葉の周りに熱収縮することからなる請求項１０に記
    載のうず巻ろ過構成方法。