JP7423718B2 - スパイラル型濾過装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
より具体的には、スパイラル型フィルタモジュール(スパイラル状に巻かれたフィルタモジュール)であって、接着剤の移動制御を提供し、供給液路形状が変化することを防ぎ、空隙を最小化又は排除し、それによって、スパイラル状に巻かれたフィルタのより一貫した製造プロセス及び一貫した再現性をもたらすための1つ又は複数の特徴をモジュールが含む、スパイラル型フィルタモジュール(スパイラル状に巻かれたフィルタモジュール)が開示される。
膜及びスクリーンがまず透過排水コアの周りに巻かれてパイラルを形成し、その次に接着剤が適用されて透過エンベロープを形成し、スパイラルをコアに固定し、周囲をシールし、環をハウジングに充填するか又は圧力保持周囲シェル(pressure-containing circumferential shell)を提供する、新規の組み立てプロセスに基づく製造方法も開示される。
特定の実施形態では、濾過モジュールは、くさび形の支持体等の支持体を含む。支持体は、組み立て中の巻き付け操作の結果として支持体が無ければ形成される1つ又は複数の空隙を排除するように機能するとともに、膜が供給スクリーンから離れるときの1つ又は複数の空隙を排除するように機能する。
特定の実施形態では、支持体は、そのような空隙が通常形成されるであろう領域の一部又はすべてを占拠するように配置され、コアから半径方向に外向きに巻かれる膜及びスクリーンを支持する。
これは、上のすべての層の供給液路の形状が高圧で変わることを防ぐ。この追加の利点により、装置全体で供給液路の形状が一定に保たれ、パフォーマンスを向上させ、圧力損失の変動を減少させる。
さらに、膜パケットの先端の折り目、亀裂及び折り畳みの失敗は、スパイラルの保持の喪失のよく知られた形態であり、膜パケットの先端に結合された支持体は、操作中に先端の失敗の可能性を減らすことができる。
縦方向端部及び横方向端部に沿って層が接着されているため、使用時に、1つのスパイラル端面からユニットに供給された濾過されていない流体は、反対側のスパイラル端面を通ってユニットから出る前に、1つ又は複数の膜層を通過するか又は接線方向に横切る必要がある。巻かれたフィルタの各スパイラル面にシーリングアレンジメントが設けられており、入ってくる流体がユニットを出る前に膜表面を通過することが保証される。
特定の実施形態では、多層材料は、1つ又は複数の膜シート、1つ又は複数の供給スクリーン、及び1つ又は複数の透過シート若しくはスクリーンを含む。1つ又は複数の膜シートは、その長さに沿って1回折り畳まれて、2つの半分が一体的に結合された葉を形成し、供給スクリーンが2つの半分の間に配置されるか又は挟まれて、膜パケットを形成し得る。アセンブリは、スパイラル状に巻かれた透過流体液路及び濃縮流体液路の流路を形成する。支持体は、膜パケットの先端である膜パケット折り目の位置に巻き取り中に配置され、コアの周りにパケット及び透過シートを巻く際に支持体が無ければ形成される空隙領域を排除する。
透過スクリーンのラップがコアの周りに配置されている場合、接着剤もその透過スクリーンに押し込まれ、スパイラルをコアに固定する。
この方法のスパイラルは、ポッティングプロセス中に接着剤が供給液路に侵入するのを防ぐように設計された、縁取りされた供給スクリーンのみを備えている。それらは、透過エンベロープの3つの側部に対応するすべての側部に不透過性の縁部を含む。
側部縁部は、透過エンベロープの側部シームよりも狭くされている。従って、スパイラル状接着剤が硬化した後にそれらが除去される(例えば切断される)と、透過エンベロープは密封されたままでありながら、供給液路は接線方向の流れに対し開かれている。
供給スクリーンはまた、4つの縁部を有していてよい。第4縁部は、供給スクリーンの先端(膜パケットの折り目近く)にあり、供給スクリーンからの先端膜の損傷を防ぐことができる。
膜パケットのそれぞれには、ポリプロピレン等のポリオレフィンシートであり得る供給シート又はスクリーンと、使用中に遭遇する典型的な動作圧力に耐えるのに十分な強度を提供するためにエポキシ含浸され得る1つ又は複数のポリエステルスクリーン等の1つ又は複数の透過シートと、が挟まれている。
供給スクリーンは、それを挟む対向する膜の間に供給の流れのためのスペースを提供する。
透過シートは、孔あきコアへの透過流のための流体経路を提供する。
1つ又は複数の膜パケット及び1つ又は複数の透過シートは、コアの周りにスパイラル状の構成で巻かれている。
各膜パケット内の膜は、単層又は多層の膜であってよく、感染性生物やウイルス等の汚染物質、及びサイズ除外やそれらの組み合わせの化学的又は物理的吸着によって除去できる環境毒素や汚染物質等を含む不要な物質の濾過に使用できる。
膜は、限定はされないが、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、例えば、ナイロン、セルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、フルオロカーボン、例えば、ポリ(テトラフルオロエチレン-コパーフルオロ(アルキルビニルエーテル))、ポリカーボネート、ポリエチレン、ガラス繊維、ポリカーボネート、セラミック及び金属を含む任意の適切な材料から構成され得る。それは、精密濾過、限外濾過又は逆浸透膜であり得る。限外濾過膜が特に好ましい。
いくつかの実施形態では、透過シートの1つの完全な円周方向のラップがコアの周りに最初に巻かれて、コアの開口部に透過液が移動するために適切な流体経路が設けられてよい。
一般に膜パケットは他の材料よりも厚いので、膜パケットの巻き付け操作は、図1に見られるように、膜パケットがそれ自体に巻き付くときに、膜パケットの先端5の前にくさび形の空隙領域を作成する。
この空隙領域15を排除するために、従来は、空隙領域15をシールするように余分な接着剤を充填していた。これは面倒な手作業のプロセスであり、常に成功するとは限らない。例えば、その後の巻付張力の圧縮及びニップ力により、接着剤が空間から押し出され、再び空隙領域が作成され、その周囲の領域が変形する可能性がある。これにより、流体の流れのバイパス領域が作成され、製品の歩留まりと装置の全体的なパフォーマンスが低下する。
支持体20のサイズ及び形状は、所与のサイズのフィルタモジュールの典型的な巻き付け操作中に形成される空隙領域15のサイズ及び形状の以前の経験に基づいて決定され得る。
支持体20は、接着手段、超音波溶接手段、熱溶接手段、紫外線接着手段又は他の任意の適切な手段を使用して、先端5に結合され得る。
いくつかの実施形態では、支持体20は圧縮可能であり空隙の形状に適応するので、当業者はサイズが重要ではないことを理解するであろうが、支持体20のより厚い端部21は、0.031インチの厚さであり、0.003インチの厚さである支持体20の薄い端部22に向かって先細になる。
薄い端部22は、それが接触する材料を引き裂く可能性がある鋭い端部を排除するために、Rが設けられるか又は丸みを帯びた角を有し得る。支持体20のより厚い端部21は、適切な接着剤で膜パケットの先端5に固定されていてよい。
特定の実施形態では、支持体20は、図8において最もよく見られるように、引き伸ばされ、膜パケット14の全長に延びる。
他の実施形態では、個々の支持体20は、透過液路への接着剤の侵入を遮断するために膜パケット14の反対側の面のみに配置されていてよく、膜パケット14の全長に延びない。
特定の実施形態では、支持体20は、モジュールを用いて実施される濾過操作に有害ではなく、以下で詳細に説明するように、接着剤を導入するために使用されるモールド上で真空シールに適切なシールを提供することができる、固体の流体不浸透性材料でできている。適切な材料には、Pebax 5533 SA01 Med Pantone298C等の熱可塑性エラストマーが含まれる。好ましくは、材料は、コア12の形状に適応するのに十分な柔軟性を有する。
支持体20が巻き込まれると、それは、透過スクリーン14によって両側が挟まれるようになる。これは、支持体20を所定の位置に固定するために接着剤が適用されるまで、支持体20を所定の位置に保持する。
膜パケット14の先端5が支持体20によって支持されているので、膜10は供給スクリーン12と接触したままであり、領域から接着剤を除去し有害な流体バイパスにつながるニップローラーステップ中の崩壊を防ぐ。
ポッティングプロセス中にポッティング接着剤フォームが供給液路に入るのを防ぐために、図7に示すように、流体不透過性の供給スクリーン縁部が使用されてよい。供給スクリーン縁部は、その縁部の外側の膜に供給流が到達することも防ぐ。この作用により、有効な膜面積が定義され、膜面積の変動が大幅に減少する。
供給スクリーン縁部を先端及び後端に適用すると、これらの端部の内側のみに膜領域への流れが制限されるため、各膜パケットの有効な膜長さが定義され、供給液路形状及び透過液路形状も改善される。
特定の実施形態では、供給スクリーンの側部の少なくとも3つは、ポッティング中に供給液路に接着剤が入ることを防ぐために、流体不透過性の縁部を含む。
いくつかの実施形態では、流体不透過性縁部の1つは供給面上にあり、1つは保持面(retentate face)上にあり、1つは(周囲の一部である)膜パケットの開放された末端上にある。供給流のスパイラルをアクティブにするために、供給縁部及び保持縁部が取り除かれる。供給末端縁部は残されてもよい。
いくつかの実施形態では、供給スクリーンの4つの側部すべてが、ポッティング中に流体不透過性縁部を含み(図8)、供給流のスパイラルをアクティブにするために供給縁部及び保持縁部がまた除去される。
供給液路内の接着剤は、例えば供給加圧を受けて膜が離れる等の理由により膜が剥離することによって、操作の完全性の損失、又は供給液路の流れの壊滅的な損失につながる可能性がある。
粘性のあるポリウレタン接着剤(又は熱可塑性、シリコーン、若しくは熱可塑性エラストマー)は、固体の不透過性供給スクリーン縁部を形成するのに適している。
特定の実施形態では、流体不透過性縁部を形成するために供給スクリーン上に縁部接着剤を分配する間、例えばポリエチレンフィルム等のフィルムが供給スクリーンの裏打ち層として使用されてよい。
いくつかの実施形態では、すべての接着剤が周囲に堆積された後に、供給スクリーンの上部に例えばポリエチレンフィルム等のフィルムの第2層も適用され、得られた供給スクリーンサンドイッチが、縁部の形状に接着剤を分散させるために圧縮される。
特定の実施形態では、ドライ巻きスパイラルアセンブリ25(dry wound spiral assembly 25)は、モールド本体30内に配置される。モールド本体30は、ドライ巻きスパイラルアセンブリ25が配置されている内部モールド本体キャビティ32と流体的に連通する接着剤注入ポート31を有する。
好ましくは、接着剤注入ポート31は、モールド本体30の底部又はその近くに配置され、その結果、駆動力の適用時に接着剤が上方に流れ、閉じ込められた空気が充填中に除去される。
いくつかの実施形態では、ドライ巻きスパイラルアセンブリ25の孔あきコア12は、モールド本体30の先細りの、又はOリングインターフェース33とシール関係に配置されている。
ドライ巻きスパイラルアセンブリ25がモールド本体30とシール関係にあることを確実にするために、モールド本体30の反対側の端部にOリングシール36等を設けてよく、その結果、真空の適用時に漏れが生じない。
適切な真空レベルは、1~300秒で1~15水銀柱インチの範囲である。
接着剤が硬化すると、透過スクリーン35(図6)で補強された環状のハードシェルで装置が覆われる。これは、例えば100psigまでの圧力降下の状況下での膨張に抵抗する。このような膨張により、供給液路形状が開き、装置のパフォーマンスが低下する虞がある。
Claims (8)
- フィルタモジュールを形成する方法であって、
少なくとも1つの膜シート、少なくとも1つの供給スクリーン及び少なくとも1つの透過シートを提供すること、
前記少なくとも1枚の膜シートをその長さに沿って折り畳み、2つの半分が一体的に形成された葉を形成すること、
前記少なくとも1つの供給スクリーンを前記2つの半分の間に配置して、膜パケット折り目を有する膜パケットを形成すること、
前記膜パケット折り目の位置に不透過性支持体を配置して、前記膜パケットの先端を形成すること、及び
前記膜パケット及び前記少なくとも1つの透過シートをコアの周りにスパイラル状に巻くことであって、前記不透過性支持体の位置は、前記膜パケットの前記先端の前の空隙領域の形成を回避する、巻くこと
を含む、方法。 - 前記不透過性支持体は、くさび形である、
請求項1に記載の方法。 - 前記モジュールは、断面が円筒形であり、硬化した接着剤の外面を有する、
請求項1に記載の方法。 - それぞれが先端及びそれぞれの先端に結合された流体不透過性支持体を有する複数の膜パケットを提供することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの膜シートは第1膜シートと第2膜シートとを含み、前記少なくとも1つの供給スクリーンは第1供給スクリーンと第2供給スクリーンとを含み、前記少なくとも1つの透過シートは第1透過シートと第2透過シートとを含み、前記第1膜シートと前記第1透過シートとの間に第1透過液路が定義され、前記第2膜シートと前記第2透過シートとの間に第2透過液路が定義され、
前記フィルタモジュールをモールドキャビティとシール関係に配置することにより、前記フィルタモジュールをポッティングすること、
前記モールドキャビティに接着剤を導入すること、
前記モールドキャビティに真空を適用することにより、前記真空が前記接着剤を前記第1及び第2透過液路に押し込むこと、及び
前記接着剤が硬化することを許容すること
をさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 端面を有するスパイラル状に巻かれた膜モジュールを通して製品を濾過する方法であって、前記膜モジュールは、
軸方向に延びる内部ボアを有する孔あきコアと、
第1外面、第1内面、第2外面及び第2内面を定義する折り畳まれた膜シートを含む少なくとも1つの膜パケットであって、前記折り畳まれた膜シートの折り目が前記膜パケットの先端である、少なくとも1つの膜パケットと、
前記折り畳まれた膜シートによって挟まれるように、前記第1内面と前記第2内面との間に配置された供給スクリーンと、
第1透過液路を定義する、前記膜シートの前記第1外面に隣接する第1透過シートと、
第2透過液路を定義する、前記膜シートの前記第2外面に隣接する第2透過シートと、
前記膜パケットの前記先端に結合され、前記先端と前記第1及び第2透過シートとの間の空隙を占拠する流体不透過性支持体と
を備え、
前記方法は、
圧力下で前記端面に前記製品を導入し、前記製品を、前記供給スクリーンを通って軸方向に流れさせ、次に前記膜シートを接線方向に横切って流れさせ、その一部が、前記膜シートを通って流れ、前記膜シートの前記第1外面と前記第1透過シートとの間に定義された前記第1透過液路に到達する、
ことを含む、
方法。 - 前記孔あきコアに流れる透過液を前記モジュールから除去することをさらに含む、
請求項6に記載の方法。 - 前記不透過性支持体は、くさび形である、
請求項6に記載の方法。
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