JP6914320B2 - 一体化ラミネーションストリップを有するスペーサーフィルム - Google Patents

Description

様々な気体、液体、化学物質、及び水の濾過用途において使用されるフィルターは、多くの場合、フィルターの流れ及びプロセス処理量を改善するために、濾過膜の隣にスペーサーを含む。

本発明は、フィルター用スペーサーフィルム、並びにフィルター内の改善された追随及び改善された流れを可能にするスペーサーフィルムを作製及び使用する方法に関する。

上記は、同様の参照文字が、様々な図面すべてにわたって同じ部分を指す添付の図面に示される、以下の本発明の例の実施態様のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、本発明の実施態様の説明に重点を置いている。

本発明のバージョンによるスペーサーフィルムを示す概略図である。 本発明のバージョンによるラミネーション前のスペーサーフィルムの断面を示す概略図である。 本発明の別のバージョンによるラミネートされたスペーサーフィルム及び膜の積層の断面を示す概略図である。 本発明の１つのバージョンによるスペーサーフィルムを含むフィルターの斜視図である。 プリーツ加工された濾過膜及び本発明のスペーサーフィルムを含むフィルターの断面を示す図である。 本発明のスペーサーフィルム及び濾過膜の成層を示す図である。 スパイラル巻きの濾過部材及び本発明のスペーサーフィルムを含むフィルターの断面を示す図である。 濾過プロセスを示す図である。

本発明を、特に、その例の実施態様を参照して図示及び説明するが、その中で、添付の特許請求の範囲により包含される本発明の範囲から逸脱することなく形態及び詳細に様々な変更を加えてもよいことを当業者なら理解するであろう。

様々な構成及び方法が説明されるが、記載の特定の構成、設計、手法又はプロトコルは変更し得るため、本発明はこれらに限定されないと理解されるべきである。また、説明で使用される専門用語は、特定のバージョン（一又は複数）のみを説明するためのものであり、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈により特に明確に定められていない限り、複数の指示対象を含むことにも留意しなければならない。したがって、例えば、「フィルターエレメント」への言及は、一又は複数のフィルターエレメント及び当業者に既知のその均等物などへの言及である。他に定義されていない限り、本明細書において用いられるすべての技術用語及び科学用語は、当業者に一般に理解されるような同じ意味を有する。本明細書に記述される方法及び材料と類似の、又は等価な方法及び材料を、本発明のバージョンの実施又は試験において使用することができる。本明細書で述べるすべての刊行物は、その全体が出典明示により援用される。本明細書中の何れも、先行発明によるような開示に先行する権利が本発明に与えられないことを認めたものとして解釈されるべきではない。「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載される事象又は状況が発生しても、発生しなくてもよいこと、並びに、説明には、事象が発生する場合の例、及び事象が発生しない場合の例が含まれることを意味する。本明細書のすべての数値は、明示的に記載されているかどうかに関わらず、用語「約」によって修飾することができる。用語「約」は一般に、記載の値と同等であると当業者が見なすであろう（すなわち、同じ機能又は結果を有する）数値の範囲を指す。いくつかのバージョンにおいて、用語「約」は、記載の値の±１０％を指し、他のバージョンにおいて、用語「約」は、記載の値の±２％を指す。様々な構成要素又は工程「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（「を含むが、これらに限定されない」ことを意味すると解釈される。）という表現で構成及び方法が説明されるが、構成及び方法は、様々な構成要素及び工程「から実質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」又は「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」こともできて、このような専門用語は、実質的に閉じた要素群を定義すると解釈されるべきである。

本発明の例の実施態様の説明が以下に続く。

フィルターは、多くの場合、濾過膜の隣、間及び／又は周りにスペーサーを含む。スペーサーは、典型的には、フィルターを通る流れを可能にする、且つ／又はフィルター前後の圧力損失に対して測定できるほど寄与せずに流れの乱れを大きくするオープンメッシュの材料を形成する網又は押し出された繊維などの織布又は不織布から形成されている。代わりに、スペーサーは、スクリーンと呼ばれることがあり、フィルター内で様々な機能を果たすことができる。例えば、濾過膜がそれ自体にくっつくのを防ぎ、フィルターフィードのチャネリングを防ぐ（何れもフィルターの生産性を低減させる。）ために、フィードスペーサーをフィルター内に収めることができる。加えて、スペーサーは、濾過膜を支持及び保護することができる。例えば、スペーサーは、膜を緩衝し、それ自体によって、又はフィルターハウジング内に位置する他の要素によって膜が摩耗するのを防ぐことにより、膜の損傷を防ぐことができる。加えて、スペーサーは、濾過装置内のプリーツ加工された、又はプリーツ加工されていない膜複合構造を構造的に支持することができる。

本発明のバージョンは、織及び不織繊維スクリーンではなく、穿孔したフィルムから形成されたスペーサーを含む。本発明のスペーサーフィルムは非穿孔領域を含み、これは、一体化ラミネーションストリップとして役目を果たすことができて、織及び不織スペーサー布で必要とされる別個のラミネーション工程の必要を有利になくすと同時に、均一な厚さを有するスペーサーを実現する。加えて、フィルムは、織及び不織スペーサー布よりもｘ−ｙ平面内で縮む可能性が低い。したがって、本発明のスペーサーフィルムは、膜の縁部にラミネートされたとき、装置の組立及び／又は用途の処理の間の膜の収縮を有利に防ぐ。

図１は、本発明のバージョンによるスペーサーフィルムのシートを示す。スペーサーフィルム１００は、複数の穿孔１２０を含む中央部分１１０、並びにフィルム１００の対向する縁部１３２、１３４に位置する２つの非穿孔領域１３０ａ、１３０ｂを有する。非穿孔領域１３０は、一体化ラミネーションストリップと呼ばれることもある。穿孔１２０は、実質的に楕円形の形状（ｓｈａｐｅ）で示されているが、他の形状（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）も可能である。スペーサーフィルムの穿孔は、円形、三角形などの他の形状又は変則的な形状を有することができて、様々な形状をスペーサーフィルムの同じシート内に含めることができる。

図１に示す通り、穿孔１２０は、実質的に行及び列に並んでいるが、他の幾何学的配向又はパターンも可能である。穿孔パターンは、複数の用途における使用のために一般的な配列を有することができて、又は穿孔パターンは、特定の用途における使用のために特別に形成することができる。例えば、穿孔は、ずらすことができて、且つ／又は穿孔は、斜めに配向させることができる。加えて、穿孔は、様々な間隔で存在することができる。穿孔は、約１０μｍ×１０μｍ以上（例えば、何れかの寸法において、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ）で隔置することができる。或いは、穿孔は、不規則な間隔を有することができる。（例えば、直線的又はずれている）穿孔の配向、穿孔の形状及びサイズ、並びに穿孔の間隔は、所望の用途に基づいて選択することができる。

本発明のバージョンは、繊維織布及び繊維不織布ではなく、スペーサー材料として穿孔したフィルムを含む。典型的には、織繊維及び不織繊維スペーサー布の厚さは約３０μｍから約１８０μｍであり、典型的には、少なくとも約５５から約６５μｍである。本発明のスペーサーフィルムは、織繊維及び不織繊維スペーサー布の典型的な厚さとほぼ同じか、又はそれより小さい厚さを有するようキャストすることができる。例えば、本発明のスペーサーフィルムは、約２０μｍから約１８０μｍ又は約３０μｍから約５５μｍ、例えば、約２９．５μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ及び約５５．５μｍの厚さを有するようキャストすることができる。フィルムは、スペーサーフィルムを通る流れを可能にする穿孔１２０などの幾何学的パターンでキャスト及び穿孔することができる（図１）。フィルターハウジングは、典型的には、標準的なサイズで提供されるため、フィルター内により薄いスペーサーを含むことが望ましい可能性がある。より薄いスペーサーによって、より厚いスペーサー材料で可能であろうよりも長い長さの濾過膜を所与のフィルターハウジング内に収めることができる。フィルター内に収められた追加の膜は、濾過のための追加の表面積を実現し、それによってフィルターの生産性を向上させる。本発明のフィルムは、不織及び織スペーサーよりも優れた耐座屈性を有し、これは、織及び不織表面に関連する摩擦損失を緩和する、より正確な流路（ｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌ）を実現する。

スペーサーフィルム４００の断面が図２Ａに示されている。フィルム４００は、穿孔中心領域４１０及び非穿孔縁部４３０を有し、これらは、ラミネーション前に異なる厚さを有することができる。中心領域４１０の厚さＴ_Ｃは、非穿孔縁部４３０の厚さＴ_Ｌよりも小さくなり得る。厚さＴ_Ｃ及びＴ_Ｌの間の違いは、穿孔領域４１０に比べて大きくなる、又は縮れ上がる傾向があるフィルムの縁部に沿った非穿孔領域４３０によって生じ得る。

非穿孔領域４３０は、スペーサーフィルム４００の縁部を濾過膜にシールする一体化ラミネーションストリップとして役目を果たすことができる。したがって、非穿孔領域４３０は、膜へのスペーサーの縁部ラミネーションを実施する別個の製造工程の必要をなくすことができる。別の材料がフィルターに導入され、又はフィルターの構成要素が操作されるフィルターの製造プロセス内の各工程では、汚染が起こる可能性がある。無菌装置は、原料の数が増えるにつれて、生産がますます困難になっている。したがって、製造工程、及び／又は製造プロセスの間の別の材料の導入をなくすことが望ましい可能性がある。典型的には、スペーサーは、ラミネーション又はシーリングプロセスにより濾過膜に接着するよう作製される。ラミネーションプロセスは、典型的には、個別のラミネーションストリップの適用、或いは膜及び／又はスペーサーの縁部へのシーラントの塗布を伴う。次いで、本プロセスは、ラミネーションを完了するために熱を加えたり、且つ／又は硬化のための時間を必要としたりする可能性があり、その後、スペーサー及び膜をプリーツ加工したり、フィルターエレメントに巻くことができる。そのような別の材料及び製造工程の導入は、化学的及び生物学的両方の潜在的な汚染源を導入する。本発明のスペーサーフィルムは、一体化ラミネーションストリップとして役目を果たす非穿孔領域を有し、別個のラミネート又はシーラントを適用する必要を有利になくし、それによって、フィルターアセンブリプロセスにおける潜在的な汚染源を排除する。加えて、本発明のスペーサーフィルムのラミネーションは、例えば、プリーツパックへのアセンブリ後に実施することができて、それによって、アセンブリ前の個別のラミネーション工程の必要をなくす。

濾過膜へのスペーサーフィルムのラミネーション後、スペーサーフィルム全体にわたって均一な厚さを得ることができる。例えば、４０μｍの厚さを有するようキャストされたスペーサーフィルム４００は、４０μｍの中心領域厚さＴ_Ｃ及び８０μｍの非穿孔領域厚さＴ_Ｌを有し得る。濾過膜へ非穿孔縁部４３０をラミネーションすると、スペーサーフィルム４００は、スペーサーフィルムの幅全体にわたって約４０μｍの均一な厚さを有することができる。

図２Ｂにさらに示す通り、膜４２０にそれぞれ隣接し、且つラミネートされた２つのスペーサーフィルム４００ａ、４００ｂは、均一な厚さを有する。スペーサーフィルム４００ａ、４００ｂの非穿孔領域は、ラミネーション後、スペーサーフィルム４００ａ、４００ｂ及び膜４２０の積層４５０の対向する縁部に、ラミネートされた領域４４０を形成する。均一な厚さＴが積層４５０の幅にわたって得られるように、非穿孔領域厚さＴ_ＬＡ、Ｔ_ＬＢは、フィルム４００ａ、４００ｂの中心領域厚さＴ_ＣＡ、Ｔ_ＣＢと同じか、又はほぼ同じにすることができる。

スペーサーフィルム全体にわたる均一な厚さは、プリーツ加工されたフィルターエレメントを形成するための膜−スペーサー積層のプリーツ加工、又はスパイラル巻きのフィルターエレメントを形成するための膜−スペーサー積層の巻き取りを助ける。不均一なスペーサーフィルムは、典型的には、組立時及び運転時の両方においてフィルターアセンブリ内でよく追随せず、さらに、不均一な間隔は、完成したフィルターの構造及び外観を損なう恐れがある。

本発明のスペーサーフィルムは、例えば、パーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＲ）、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（例えば、ナイロン）、ポリカーボネート及びポリイミドから形成することができる。本発明のスペーサーフィルムが作製される材料は、膜が作製される材料と適合させることができる。膜は、例えば、ＰＴＦＥ、ポリプロピレン、ＰＥ、超高分子量ポリエチレン（ＵＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド及びポリアミドで作製することができる。いくつかのバージョンにおいて、本発明のスペーサーフィルムは、濾過膜の材料と同じ材料から形成されており、それによって、スペーサーフィルム及び膜の間のクロス汚染の可能性を回避する。他のバージョンにおいて、スペーサーフィルム及び膜は、用途に応じて、異なる材料から作製することができる。例えば、化学物質に敏感であるが、温度に敏感でないプロセスに使用されるフィルターは、ＰＴＦＥで作製された膜及びポリプロピレンで作製されたスペーサーを含むことができる。

本発明のスペーサーフィルムは、図５に示すように、濾過膜の何れかの側に配置されて積層を形成することができる。膜７２０を通じて濾過されるフィードの流れが図５に矢印で示されている。積層７００は、膜７２０の上流側のスペーサーフィルム７１０ａ（例えば、フィードスクリーンとしての役目を果たす。）及び膜７２０の下流側のスペーサーフィルム７１０ｂ（例えば、透過物スクリーンとしての役目を果たす。）を含む。次いで、スペーサー−膜積層７００は、ラミネートされ、プリーツ加工されて、プリーツ加工されたフィルターエレメント用のプリーツパック（図３）を形成することができて、又はラミネートされ、巻き取られて、スパイラル巻きのフィルターエレメント（図６）を形成することができる。積層７００は、２つのスペーサーフィルム（７１０ａ、７１０ｂ）を含むが、より多くの層又はより少ない層のスペーサーフィルムをフィルター内に収めることができる。例えば、フィルターは、フィードスクリーンのみ、又は透過物スクリーンのみが望まれる場合など、濾過膜の上流側又は下流側の何れかにただ１つの層のスペーサーフィルムを含んでもよい。或いは、例えば、フィードチャネルより厚い透過物チャネルが望まれる場合、又はその逆の場合など、フィルターは、膜の上流側の１つの層のスペーサーフィルム及び膜の下流側の２つの層のスペーサーフィルムなど、３つの層のスペーサーフィルムを含んでもよい。

プリーツ加工されたスペーサー−膜積層を含むフィルターが図３に示されている。フィルター５００は、第１の端部にエンドキャップ５２０、第２の端部に流体継手５３０を有するハウジング５１０を含む。ハウジング内にはコア５４０があり、その周りにプリーツ−パック５５０が位置する。プリーツ−パック５５０は、上流スペーサーフィルム５６０ａ、濾過膜５７０及び下流スペーサーフィルム５６０ｂを含む。プリーツ−パック５５０は、例示目的で分解組立図で示されている。スペーサーフィルム５６０ａ、５６０ｂは、典型的には、エンドキャップ５２０に最も近いプリーツ−パックの縁部（例えば、縁部５６２ａ、５６２ｂ及び５７２）並びに継手５３０に最も近い縁部（例えば、縁部５６４ｂ、並びに図３では見えていないスペーサー５６０ａ及び膜５７０の対応する縁部）に沿って膜５７０にラミネートされている。膜５７０へのスペーサーフィルム５６０ａ、５６０ｂのラミネーションは、フィルター５００に入るフィードが膜５７０の下流に到達しないようにする。

プリーツ加工された濾過膜及びスペーサーフィルムを含むフィルターの一部の断面図が、矢印で示されたフィルター６００を通るフィードの流路（ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）と共に図４に示されている。フィードは、プリーツ６８２間の空間６８０の何れかに入り、上流スペーサーフィルム６６０ａを通過する。次いで、フィードは、膜６７０を通じて濾過され、下流スペーサーフィルム６６０ｂを通ってコア６４０まで進む。スペーサーフィルム６６０ａ、６６０ｂは、膜６７０の何れかの側に位置し、フィードが通過することができるプリーツ６８２間の開いたチャネルを保持するのを助ける。

スパイラル巻きのスペーサー−膜積層を含むフィルターの断面図が図６に示されている。フィルター８００は、コア８４０を有するハウジング８１０を含む。上流スペーサーフィルム８６０ａは、下流スペーサーフィルム８６０ｂを含む膜エンベロープ６７０の周りの空間を占める。フィルター８００を通るフィードの流路が図６に矢印で示されている。膜８７０を通じて濾過するフィードは、下流スペーサーフィルム８６０ｂを通過し、コア８４０に到達する。

フィルター７００、６００、８００などのフィルターを作製する方法は、濾過膜に隣接する少なくとも１つのスペーサーフィルムを積層すること、及び縁部をラミネートして、ラミネートされたスペーサー−膜積層を形成することを含む。本方法はさらに、スペーサー−膜積層をプリーツ加工し、積層し、或いはそれ自体又はコアの周りにスパイラル巻きして、フィルターエレメントを形成することを含む。次いで、フィルターエレメントをハウジング内に配置することができて、熱源をハウジングの両端部に適用して、スペーサーフィルムのラミネーションストリップをハウジングの端部に結合させることができる。或いは、プリーツ加工されたフィルターエレメント又はスパイラル巻きのフィルターエレメントがハウジング内に配置され、熱源がハウジングに適用された後に膜へのスペーサーフィルム（一又は複数）のラミネーションが起こり、濾過膜へのスペーサーフィルム（一又は複数）の事前のラミネーションを省くことができる。また、超音波技術を用いてエネルギーダイレクターを設け、ポリマー流を与えてシーリングが行われるようにすることもできる。スペーサーとして使用される織布及び不織布は、典型的には、別のラミネーション材料及び別個のラミネーション工程がなければ、膜へのラミネーション及び／又はフィルターハウジングへの結合を実現するのに十分な材料を含んでいない。本発明のスペーサーフィルムは、有利に、別個のラミネーションストリップ及び／又は別個のラミネーション工程を必要としない。

図７は、プリーツ加工されたスペーサー−膜積層（図３）又はスパイラル巻きのスペーサー−膜積層（図６）を含むことができるフィルター９００を通る流路を示す。フィルターを通るフィードの流路が図７に矢印で示されている。汚染物質９１４を含む液体フィード９１２は、フィルターハウジング９１０内に進む。フィードは、スペーサー−膜積層（図７には図示されていない。）を通過するとき濾過され、その後、コア９４０に到達し、そこから濾過されたフィード９２０がハウジング９１０を出る。

本発明を、一又は複数の実施例に関して図示及び説明してきたが、当業者なら本明細書及び添付の図面を読み取り、理解することによって、等価な改変及び修正を思いつくであろう。本発明は、すべてのこのような修正及び改変を含み、以下の請求項の範囲によってのみ限定される。さらに、いくつかの実施例のうちのただ１つに関して本発明のある特定の特徴又は態様が開示されているかもしれないが、このような特徴又は態様は、所与又は特定の応用に望まれ、有利であり得る他の実施例の一又は複数の他の特徴又は態様と組み合わせられてもよい。さらに、用語「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「を有する（ｈａｓ）」、「を伴う（ｗｉｔｈ）」又はこれらの変種が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲の何れかにおいて用いられる範囲において、このような用語は、用語「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様にすべてを含むよう意図されている。また、用語「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、単に、最良の例ではなく、一例を意味することが意図されている。また、本明細書に示した特徴及び／又は要素は、簡単にし、理解しやすくするために互いに対して特定の寸法及び／又は向きで示されていること、実際の寸法及び／又は向きは、本明細書に示したものとは大幅に異なり得ることが理解されるべきである。

本発明は、その特定のバージョンを参照してかなり詳細に説明されてきたが、他のバージョンも可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲は、本明細書に含まれる説明及びバージョンに限定されるべきではない。

本明細書において引用したすべての特許、公開された出願及び参考文献の教示は、その全体が出典明示により援用される。

Claims (9)

1. フィルター用スペーサーフィルムであって、穿孔中心領域及び非穿孔縁部を有し、
   非穿孔縁部が、スペーサーフィルムの縁部を濾過膜にシールする一体化ラミネーションストリップとしての役割を果たし、
   穿孔中心領域の厚さが、２０μｍ−１８０μｍであり、かつ
   ラミネーション前に、穿孔中心領域の厚さは、非穿孔縁部の厚さより小さい、
   スペーサーフィルム。
2. パーフルオロアルコキシポリマー、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリカーボネート又はポリイミドを含む、請求項１に記載のスペーサーフィルム。
3. 穿孔中心領域の厚さが、３０μｍ−５５μｍである、請求項１に記載のスペーサーフィルム。
4. フィルターエレメントであって、
   請求項１に記載の少なくとも１つのスペーサーフィルム；及び
   少なくとも１つのスペーサーフィルムに隣接する濾過膜を含み、濾過膜及び少なくとも１つのスペーサーフィルムが、コアの周りにプリーツ加工されている、又は巻かれている、フィルターエレメント。
5. ハウジング；
   濾過膜；及び
   濾過膜に隣接し、穿孔中心領域及び非穿孔縁部を有する少なくとも１つのスペーサーフィルム
   を含むフィルターであって、
   非穿孔縁部が、スペーサーフィルムの縁部を濾過膜にシールする一体化ラミネーションストリップとしての役割を果たし、
   濾過膜及び少なくとも１つのスペーサーフィルムが、ハウジング内でコアの周りにプリーツ加工されており、又は巻かれており、かつ
   ラミネーション前に、穿孔中心領域の厚さは、非穿孔縁部の厚さより小さい、
   フィルター。
6. フィルムの非穿孔領域がハウジングに結合されている、請求項５に記載のフィルター。
7. 濾過膜にラミネートされた少なくとも１つのスペーサーフィルムが、運転時の濾過膜の収縮を防ぐ、請求項５に記載のフィルター。
8. フィルムが、パーフルオロアルコキシポリマー、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリカーボネート又はポリイミドを含む、請求項５に記載のフィルター。
9. 濾過膜が、パーフルオロアルコキシポリマー、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリカーボネート又はポリイミドを含む、請求項５に記載のフィルター。

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