(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータアセンブリ（３００）であって、
１以上の供給キャリヤ層（１１６）、１以上の透過液キャリヤ層（１１０）及び１以上の膜層（１１２）を備え、前記供給キャリヤ層と前記透過液キャリヤ層の間に前記膜層が配置された膜スタックアセンブリ（１２０）と、
１以上の濃縮液排出コンジット（２１８）及び１以上の透過液排出コンジット（１１８）を備えた中央コアエレメント（４４０）と
を備え、
前記濃縮液排出コンジット及び前記透過液排出コンジットが１以上のスペーサエレメント（４４６，４４７）と共に形成されていて前記濃縮液排出コンジットと前記透過液排出コンジットとを分離する空洞（４５０）を画成しており、前記空洞（４５０）内に前記膜スタックアセンブリの第１の部分（２３１）が配置されており、
前記膜スタックアセンブリの第２の部分（２３２）が、前記中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成し、
前記供給キャリヤ層が前記濃縮液排出コンジットと接触しており、また、前記透過液排出コンジットとは非接触であり、
前記透過液キャリヤ層が前記透過液排出コンジットと接触しており、また、前記濃縮液排出コンジットとは非接触であり、
前記透過液キャリヤ層がセパレータアセンブリの外部表面を形成しない、
セパレータアセンブリ（３００）。
【請求項２】
前記多層膜アセンブリが前記中央コアエレメント（４４０）の周囲に半径方向に配置される、請求項１記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項３】
塩セパレータアセンブリ（３００）である、請求項１又は請求項２記載のセパレータアセンブリ（３００）セパレータアセンブリ（３００）。
【請求項４】
前記膜層（１１２）が官能基化表面及び非官能基化表面を備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項５】
複数の濃縮液排出コンジット（２１８）を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項６】
複数の透過液排出コンジット（１１８）を備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項７】
複数の供給キャリヤ層（１１６）を備える、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項８】
複数の透過液キャリヤ層（１１０）を備える、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項９】
複数の膜層（１１２）を備える、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のセパレータアセンブリ（３００）。
【請求項１０】
セパレータアセンブリの製造方法であって、
１以上の濃縮液排出コンジット（２１８）及び１以上の透過液排出コンジット（１１８）を備えた中央コアエレメント（４４０）であって、前記濃縮液排出コンジット及び前記透過液排出コンジットが１以上のスペーサエレメント（４４６，４４７）と共に形成されていて前記濃縮液排出コンジットと前記透過液排出コンジットとを分離する空洞（４５０）を画成している、中央コアエレメント（４４０）を用意し、
１以上の透過液キャリヤ層（１１０）、１以上の供給キャリヤ層（１１６）及び１以上の膜層（１１２）を備えた膜スタックアセンブリ（１２０）の第１の部分（２３１）を、前記空洞（４５０）内に配置し、
前記膜スタックアセンブリの第２の部分（２３２）を前記中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置し、且つ、得られた巻かれたアセンブリを封止してセパレータアセンブリを得る
ことを含んでなり、
前記濃縮液排出コンジットと前記透過液排出コンジットが非接触であり、
前記供給キャリヤ層が前記濃縮液排出コンジットと接触しており、また、前記透過液排出コンジットとは非接触であり、
前記透過液キャリヤ層が前記透過液排出コンジットと接触しており、また、前記濃縮液排出コンジットとは非接触であり、
前記透過液キャリヤ層が前記セパレータアセンブリの外部表面を形成しない、
方法。
【請求項１１】
前記中央コアエレメント（４４０）が複数の濃縮液排出コンジット（２１８）を備える、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記中央コアエレメント（４４０）が複数の透過液排出コンジット（１１８）を備える、請求項１０又は請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記多層膜アセンブリが複数の供給キャリヤ層（１１６）を備える、請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記多層膜アセンブリが複数の透過液キャリヤ層（１１０）を備える、請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記多層膜アセンブリが複数の膜層（１１２）を備える、請求項１０乃至請求項１４のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明には、一般にセパレータアセンブリに関する実施形態が含まれる。様々な実施形態では、本発明は、螺旋流セパレータアセンブリに関する。また、本発明には、セパレータアセンブリを製造するための方法が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
従来のセパレータアセンブリは、通常、多孔性排出コンジットの周囲に配置された折畳み多層膜アセンブリを備える。折畳み多層膜アセンブリは、能動表面及び受動表面を有する膜層の能動表面と接触する供給キャリヤ層及び膜層の受動表面及び多孔性排出コンジットと接触する透過液キャリヤ層を備え、供給キャリヤ層を透過液キャリヤ層又は多孔性排出コンジットに接触させることなく、供給キャリヤ層、膜層及び透過液キャリヤ層が層間の接触を確実にするように折り畳まれている。動作中には、溶質を含んだ供給溶液が多層膜アセンブリの供給キャリヤ層と接触し、そこから供給溶液が膜層の能動表面に透過され、供給溶液の一部が改質され、透過液として透過液キャリヤ層に浸透される。また、この供給溶液は、膜層の能動表面での溶質の付着を断ち切り、多層膜アセンブリの過剰な溶質を輸送するように働く。透過液は、透過液キャリヤ層を介して、透過液を収集する多孔性排出コンジットの中へ流通する。折畳み多層膜アセンブリを備えたセパレータアセンブリは、逆浸透プロセス、限外濾過プロセス及び微細濾過プロセスを始めとする様々な流体精製プロセスに使用される。
【０００３】
折畳み多層膜アセンブリは、能動表面及び受動表面を有する膜層の能動表面を供給キャリヤ層の両面に接触させることによって製造することができ、膜層が折り畳まれ、それにより供給キャリヤ層を覆い包むポケット様構造が生成される。膜層の受動表面が１以上の透過液キャリヤ層と接触して膜スタックアセンブリが生成され、この膜スタックアセンブリ内の供給キャリヤ層と１以上の透過液キャリヤ層の間に折畳み膜層が配置される。次に、それぞれ１以上の共通透過液キャリヤ層と接触する複数のこのような膜スタックアセンブリが、この共通透過液キャリヤ層と接触する多孔性排出コンジットの周囲に巻き付けられ、それにより多層膜アセンブリ及び多孔性排出コンジットを備えたセパレータアセンブリが提供される。膜スタックアセンブリの縁は、供給溶液が透過液キャリヤ層と接触するのを防止するために適切に封止されている。従来の折畳み多層膜アセンブリは、供給溶液がアセンブリの軸に沿って（アセンブリを通る交差流の方向に沿って）アセンブリを流通するセパレータアセンブリに使用されているため、このような折畳み多層膜アセンブリは、とりわけ層状構造が折り重なりやすく、また、そのために透過液キャリヤ層が汚染しやすい。また、膜層を折り畳むことに起因するその欠点のため、膜の機能が損なわれ、そのために供給溶液と透過液キャリヤ層の間に制御されない接触がもたらされる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３９３３６４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、１以上の多層膜アセンブリを備えたセパレータアセンブリの設計及び製造のさらなる改善が求められている。とりわけ人間が消費する水精製の分野においては、効率及び費用効果の両方に優れた、より頑丈、且つより信頼性の高いセパレータアセンブリがいやおうなく求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、本発明により、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層及び１以上の膜層を備え、供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に膜層が配置された膜スタックアセンブリと、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントとを備えたセパレータアセンブリが提供され、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離され、膜スタックアセンブリの第２の部分が、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成し、供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、また、透過液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、また、濃縮液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【０００７】
他の実施形態では、本発明により、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層及び１以上の塩阻止膜層を備え、供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に塩阻止膜層が配置された膜スタックアセンブリと、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントとを備えた塩セパレータアセンブリが提供され、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離され、膜スタックアセンブリの第２の部分が、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成し、供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、また、透過液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、また、濃縮液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は、塩セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【０００８】
さらに他の実施形態では、本発明により、（ａ）加圧可能ハウジングと、（ｂ）セパレータアセンブリであって、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層及び１以上の膜層を備え、供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に膜層が配置された膜スタックアセンブリと、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントとを備えたセパレータアセンブリとを備えた螺旋流逆浸透装置が提供され、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離され、膜スタックアセンブリの第２の部分が、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成し、供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、また、透過液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、また、濃縮液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しておらず、加圧可能ハウジングは、セパレータアセンブリの外部表面に供給溶液を提供するように構成された１以上の供給入口を備えており、また、加圧可能ハウジングは、透過液排出コンジットに結合された１以上の透過液排出出口、及び濃縮液排出コンジットに結合された１以上の濃縮液排出出口を備える。
【０００９】
さらに他の実施形態では、本発明により、セパレータアセンブリを製造するための方法が提供され、この方法は、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントを用意し、１以上の透過液キャリヤ層、１以上の供給キャリヤ層及び１以上の膜層を備えた膜スタックアセンブリの第１の部分を、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットが膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離されるように中央コアエレメントの中に配置し、且つ、膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置し、また、セパレータアセンブリを提供するために、結果として得られる巻かれたアセンブリを封止することを含んでなり、濃縮液排出コンジットと透過液排出コンジットは非接触であり、供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、また、透過液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、また、濃縮液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解することができる。
【００１１】
本発明の様々な特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、より深く理解されよう。図面の中の同様の文字は、すべての図面を通して同様の部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のセパレータアセンブリのコンポーネント及びそのアセンブリ方法を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態により構成された膜スタックアセンブリ及び中央コアエレメントを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態により構成された膜スタックアセンブリ及び中央コアエレメントを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態により構成された膜スタックアセンブリ及び中央コアエレメントを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による螺旋流逆浸透装置を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による螺旋流逆浸透装置を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを製造する方法を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを製造する方法を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを製造する方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による中央コアエレメント及び中央コアエレメントコンポーネントを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態により使用される加圧可能ハウジングを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による中央コアエレメントを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態による中央コアエレメントを示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の一実施形態による中央コアエレメントを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による中央コアエレメントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の本明細書及びそれに続く特許請求の範囲では、いくつかの用語を参照するが、それらは、以下の意味を有するように定義するものとする。
【００１４】
単数形の表現には、別段文脈によって示されていない限り、複数形の表現が含まれる。
【００１５】
「任意選択の」又は「任意選択で」は、その後に引き続いて説明されている事象又は状況が生じることも、生じないこともあることを意味しており、また、その説明には、その事象が生じる場合及びその事象が生じない場合が含まれることを意味している。
【００１６】
本明細書及び特許請求の範囲全体を通して使用される近似を表す語は、関連付けられている基本機能が変化することなく許容可能に変わることができる任意の定量的表現を修飾するように適用することができる。したがって「約」及び「実質的に」などの１以上の用語によって修飾される値は、明記されているその値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似を表す語は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。本明細書及び特許請求の範囲全体を通して、範囲の限定は、組合せ及び／又は相互交換が可能であり、このような範囲は識別され、また、このような範囲には、別段文脈又は言葉によって示されていない限りこの範囲の中に包含されているあらゆる副範囲が含まれる。
【００１７】
指摘したように、一実施形態では、本発明により、膜スタックアセンブリ及び中央コアエレメントを備えたセパレータアセンブリが提供される。膜スタックアセンブリは、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層及び１以上の膜層を備えており、膜層は、供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に配置されている。中央コアエレメントは、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備える。膜スタックアセンブリの第１の部分は中央コアエレメントの中に配置されており、濃縮液排出コンジットを透過液排出コンジットから分離する。濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、互いに接触しない、と言われる。膜スタックアセンブリの第２の部分は、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成する。多層膜アセンブリは、膜スタックアセンブリの一部（第２の部分）を備えるため、この多層膜アセンブリは、膜スタックアセンブリと同じエレメント、つまり１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層、及び供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に配置された１以上の膜層を備える。膜スタックアセンブリの第１の部分は、供給キャリヤ層が濃縮液排出コンジットと接触し、透過液排出コンジットとは接触しないように、また、透過液キャリヤ層が透過液排出コンジットと接触し、濃縮液排出コンジットとは接触しないように中央コアエレメントの中に配置されている。膜スタックアセンブリの第２の部分は、供給キャリヤ層が透過液排出コンジットと接触しないように、また、透過液キャリヤ層が濃縮液排出コンジットと接触しないように多層膜アセンブリを形成するために、中央コアエレメントの周囲に配置されている。さらに、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【００１８】
指摘したように、中央コアエレメントは、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットを備える。濃縮液排出コンジットは、典型的にはセパレータアセンブリの長さにわたって通っている多孔性の管であるが、他の構成、例えばセパレータアセンブリの長さにわたって通っている、円筒状であってもなくてもよい縦方向の溝構造も、濃縮液排出コンジットという用語の意味に入る。濃縮液排出コンジットとして機能させることができる適切な多孔性の管には、多孔金属管、多孔プラスチック管、多孔セラミック管などがある。一実施形態では、濃縮液排出コンジットには孔が穿たれていないが、濃縮液排出コンジットは、供給キャリヤ層からの流体をこの濃縮液排出コンジットの内部へ流通させることができる十分な多孔性を備える。供給キャリヤ層から濃縮液排出コンジットの中へ流通する流体は、本明細書では濃縮液と呼ばれることがある。一実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の半円筒形の管である。一代替実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の半八角形の管である。他の実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の半十面体形の管である。さらに他の実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の半四十面体形の管である。一実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の涙滴状の形の管である。濃縮液排出コンジットは、セパレータアセンブリ内に現れる毎に同じ形状又は異なる形状を有することができる。一実施形態では、セパレータアセンブリは、同じセパレータアセンブリ内にある透過液排出コンジットとは異なる形状を有する１以上の濃縮液排出コンジットを備える。他の実施形態では、セパレータアセンブリ内にある濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、すべて同じ形状を有している。一実施形態では、濃縮液排出コンジットは、多孔性の修正半円筒形の管である。本明細書において開示されているように、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、１以上のスペーサエレメントを備えることが有利であることがある。中央コアエレメントコンポーネントと迎合するスペーサエレメントは、膜スタックアセンブリの第１の部分を配置することができる空洞を中央コアエレメント内に生成している。
【００１９】
同様に、透過液排出コンジットも、典型的にはセパレータアセンブリの長さにわたって通っている多孔性の管であるが、他の構成、例えばセパレータアセンブリの長さにわたって通っている、円筒状であってもなくてもよい縦方向の溝構造も、透過液排出コンジットという用語の意味に入る。透過液排出コンジットとして機能させることができる適切な多孔性の管には、多孔金属管、多孔プラスチック管、多孔セラミック管などがある。一実施形態では、透過液排出コンジットには孔が穿たれていないが、透過液排出コンジットは、透過液キャリヤ層からの流体をこの透過液排出コンジットの内部へ流通させることができる十分な多孔性を備える。透過液キャリヤ層を介した流体の流れは、本明細書では浸透と呼ばれることがある。同様に、透過液キャリヤ層から透過液排出コンジットの中へ流通する流体は、本明細書では透過液と呼ばれることがある。一実施形態では、透過液排出コンジットは、多孔性の半円筒形の管である。一代替実施形態では、透過液排出コンジットは、多孔性の半八角形の管である。他の実施形態では、透過液排出コンジットは、多孔性の半十面体形の管である。さらに他の実施形態では、透過液排出コンジットは、多孔性の半四十面体形の管である。一実施形態では、透過液排出コンジットは、多孔性の涙滴状の形の管である。透過液排出コンジットは、セパレータアセンブリ内に現れる毎に同じ形状又は異なる形状を有することができる。一実施形態では、セパレータアセンブリは、同じセパレータアセンブリ内にある濃縮液排出コンジットとは異なる形状を有する１以上の透過液排出コンジットを備える。他の実施形態では、セパレータアセンブリ内にある透過液排出コンジット及び濃縮液排出コンジットは、すべて同じ形状を有している。
【００２０】
本明細書において使用される「多層膜アセンブリ」という用語は、中央コアエレメントの周囲に配置された膜スタックアセンブリの第２の部分を意味している。したがって、多層膜アセンブリは、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントの周囲に配置された、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層及び１以上の膜層の組合せである。
【００２１】
一実施形態では、多層膜アセンブリは、膜スタックアセンブリの第１の部分を中央コアエレメントの中に配置し、次に中央コアエレメントを回転させ、それにより膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に巻き付けることによって製造することができる。本明細書において詳細に開示されているように、膜スタックアセンブリの構成及び中央コアエレメント内への膜スタックアセンブリの配置は、巻付け構造を設けるように中央コアエレメントの周囲に膜スタックアセンブリを巻き付け（例えば図２ｃ）、巻付け後に膜スタックアセンブリの自由端を固定したとき、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを備えたセパレータアセンブリが得られるようになっている。当業者には、いくつかの実施形態では、膜スタックアセンブリと多層膜アセンブリとの緊密な関係があること、また、膜スタックアセンブリは多層膜アセンブリの先駆体であることが理解されよう。膜スタックアセンブリを「巻かれていない」アセンブリと見なし、また、多層膜アセンブリを「巻かれた」アセンブリと見なすことが好都合である。しかしながら、膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に配置するための他の手段が使用可能であり得るので、本明細書において定義するように、多層膜アセンブリは、中央コアエレメントの中に配置された１以上の膜スタックアセンブリの「巻かれた」形態には限定されないことを強調しておかなければならない。
【００２２】
指摘したように、膜スタックアセンブリ及び多層膜アセンブリは、１以上の供給キャリヤ層を備える。供給キャリヤ層として使用するのに適した材料には可撓性シート様材料があり、この材料を介して供給溶液を流すことができる。本発明の様々な実施形態では、供給キャリヤ層は、供給キャリヤ層を通る供給溶液の流れが、セパレータアセンブリの外部表面で始まり濃縮液排出コンジットで終わる螺旋経路に沿って生じるように構成されている。供給キャリヤ層は、膜表面における過剰な溶質の蓄積（付着）を防止するための手段として、供給キャリヤ層と接触する膜層の表面における乱流を促進する構造を備えることができる。一実施形態では、供給キャリヤ層は多孔プラスチックシートで構成される。他の実施形態では、供給キャリヤ層は多孔金属シートで構成される。さらに他の実施形態では、供給キャリヤ層には多孔性複合材料が含まれる。さらに他の実施形態では、供給キャリヤ層はプラスチック織物である。さらに他の実施形態では、供給キャリヤ層はプラスチックスクリーンである。供給キャリヤ層は、透過液キャリヤ層と同じ材料からなっていても、透過液キャリヤ層のために使用される材料とは異なる材料からなっていてもよい。
【００２３】
指摘したように、膜スタックアセンブリ及び多層膜アセンブリは、１以上の透過液キャリヤ層を備える。透過液キャリヤ層として使用するのに適した材料には可撓性シート様材料があり、この材料を介して透過液を流すことができる。本発明の様々な実施形態では、透過液キャリヤ層は、動作している間、透過液が透過液キャリヤ層に沿った螺旋経路を通って透過液排出コンジットへ流れるように構成されている。一実施形態では、透過液キャリヤ層は多孔プラスチックシートで構成される。他の実施形態では、透過液キャリヤ層は多孔金属シートで構成される。さらに他の実施形態では、透過液キャリヤ層には多孔性複合物が含まれる。さらに他の実施形態では、透過液キャリヤ層はプラスチック織物である。さらに他の実施形態では、透過液キャリヤ層はプラスチックスクリーンである。
【００２４】
膜層として使用するのに適した膜及び材料は、当分野でよく知られている。米国特許第４２７７３４４号に、例えば、芳香族ポリアミンと、ナトリウム陽イオン、マグネシウム陽イオン及びカルシウム陽イオン並びに塩素陰イオン、硫酸塩陰イオン及び炭酸塩陰イオンの阻止を対象とした逆浸透システムに有効であることが分かっているハロゲン化ポリアシルとの反応によって製造される半浸透性膜が開示されている。米国特許第４２７７３４４号には、例えば、芳香族ハロゲン化ポリアシルと、硝酸塩などの特定の塩の阻止を対象とした逆浸透システムに有効である膜層を製造するのに有用であることが分かっている重合材料を得るための二官能基芳香族アミンとの反応によって製造される膜が開示されている。本発明の様々な実施形態における膜層として使用するのに適した様々な膜及び材料の製造が記述されている技術参考文献の多くは、当業者に知られている。さらに、本発明の様々な実施形態における膜層として使用するのに適した膜についてもよく知られており、広く市販されている物品である。
【００２５】
一実施形態では、複数の膜層は、官能基化表面及び非官能基化表面を備える。一実施形態では、膜層の官能基化表面は膜の能動表面を表しており、また、膜層の非官能基化表面は膜の受動表面を表している。一代替実施形態では、膜層の官能基化表面は膜の受動表面を表しており、また、膜層の非官能基化表面は膜の能動表面を表している。本発明の様々な実施形態では、膜層の能動表面は、通常、供給キャリヤ層と接触しており、供給溶液中にある１以上の溶質が膜を横切って透過液キャリヤ層へ透過するのを防止し、或いは遅延させるように働く。
【００２６】
本明細書において使用される「接触していない」という表現は、「直接接触」していないことを意味している。例えば、膜スタックアセンブリ又は多層膜アセンブリの２つの層は、たとえこれらの２つの層が流体連絡している場合であっても、それらの間に介在する層がある場合、流れは一般的に１つの層から他の層へその介在層を介して流通することができるため、それらは接触していない。本明細書において使用される「接触する」という表現は、「直接接触」していることを意味している。例えば、膜スタックアセンブリ又は多層膜アセンブリ内の隣接する層は、「接触する」と言われる。同様に、排出コンジットの表面に接触する層は、例えば層が排出コンジットの周囲に巻き付けられている場合と同様、流体がその層から排出コンジットの中へ流通することができることを条件として、排出コンジットと「接触する」と言われる。さらに実例として、透過液キャリヤ層は、透過液キャリヤ層が透過液排出コンジットと直接接触する場合、例えば透過液キャリヤ層が、透過液排出コンジットの表面と透過液キャリヤ層との間に介在する層が存在することなく、透過液排出コンジットの周囲に巻き付けられている場合と同様、透過液排出コンジットと接触する、と言われる。同様に、供給キャリヤ層は、例えば透過液キャリヤ層が透過液排出コンジットと直接接触し、且つ、透過液キャリヤ層が膜層によって供給キャリヤ層から分離されている場合と同様、透過液排出コンジットと接触していない、と言われる。通常、供給キャリヤ層は、透過液排出コンジットとの接触点を有していない。
【００２７】
一実施形態では、多層膜アセンブリは、中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置されている。本明細書において使用される「半径方向に配置された」という表現は、膜層、透過液キャリヤ層及び供給キャリヤ層が、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントの周囲に、膜層中における折畳み又は折り目の生成を制限する方法で巻き付けられていることを意味している。一般に、折り畳むことによって、或いは折り目を付けることによって膜層が変形する範囲が広いほど、膜の能動表面が損傷する可能性、膜の機能及び膜の完全性が損なわれる可能性が大きくなる。従来のセパレータアセンブリは、通常、複数の折畳みを膜層中に備えた、高度に折り畳まれた多層膜アセンブリを備える（例えば図１）。折り畳まれていない膜層が１８０度の平角を表していると仮定すると、高度に折り畳まれた膜層は、約３４０度より大きい優角を特徴とする折畳みを有している、と表現することができる。一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリには、３４０度より大きい優角を特徴とする膜層折畳みは含まれていない。一代替実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリには、３００度より大きい優角を特徴とする膜層折畳みは含まれていない。さらに他の実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリには、２７０度より大きい優角を特徴とする膜層折畳みは含まれていない。
【００２８】
一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、水から塩を分離するための塩セパレータアセンブリとして使用することができる。供給溶液は、例えば海水又は汽水性の水であってもよい。通常、セパレータアセンブリは、供給溶液と供給キャリヤ層の間の、セパレータアセンブリの外部表面のみにおける初期接触を許容する加圧可能ハウジングの中に含まれる。これは、通常、加圧可能ハウジング内のセパレータアセンブリの末端を封止することによって達成される。例えば図３に示されているような完全に巻かれた構造を製造することができ、中央コアエレメントの露出部分にマスクを施すことができる。次に、完全に巻かれた構造の末端が、例えば熱接着剤などのシーラントに軽く浸され、次にこのシーラントが硬化される。これにより、動作中、供給溶液、透過液及び濃縮液を透過させない障壁で末端表面が封止されたセパレータアセンブリが得られる。この概念を例示するために、セパレータアセンブリは、それぞれ表面積がπｒ２である第１の表面及び第２の表面を有し、且つ、表面積が２πｒｈである第３の表面を有する円筒と見なすことができ、「ｒ」はセパレータアセンブリによって画成される円筒の半径であり、また、「ｈ」は円筒の長さである。セパレータアセンブリ３００の「末端」を封止する場合、２πｒｈの表面積を有する第３の表面（本明細書では「外部表面」及び「供給表面」とも呼ばれることがある）以外のすべての表面における供給溶液と供給キャリヤ層の接触を防止するために、第１の表面及び第２の表面の各々は封止されている。他の実施形態では、セパレータアセンブリは、様々な手段によって、加圧可能ハウジングに流入する供給溶液がセパレータアセンブリの第３の表面（「供給表面」）にのみ遭遇し、透過液及び濃縮液が第１又は第２の表面を介してセパレータアセンブリから流出することができないよう、加圧可能ハウジングにぴったりと嵌合させることができる。一実施形態では、供給溶液は、供給キャリヤ層が供給溶液と接触するセパレータアセンブリの第３の表面の複数のポイントから流入する。図５（図５ｃ）に示されているように、膜スタックアセンブリの縁は、透過液キャリヤ層によって供給溶液が接触して透過するのを防止するために封止することができる。したがって供給溶液は、セパレータアセンブリの「供給表面」（第３の表面）からセパレータアセンブリに流入し、セパレータアセンブリの供給キャリヤ層を通る螺旋経路に沿って流通し、流通している間に膜層との接触によって供給溶液が改質され、この膜層を介して供給溶液（「透過液（ｐｅｒｍｅａｔｅ）」又は「透過液（ｔｈｅ  ｐｅｒｍｅａｔｅ）」）の一部が流通して透過液キャリヤ層と接触する。セパレータアセンブリを通る供給溶液の流通は、本明細書では、セパレータアセンブリの中にある１以上の濃縮液排出コンジットから「濃縮液」（「ブライン」とも呼ばれることがある）として現れるまで、セパレータアセンブリを通る「螺旋流」と呼ばれることがある。供給溶液、例えば海水が、供給溶液とセパレータアセンブリの外部表面（「第３の表面」）の供給キャリヤ層との間の初期接触点から濃縮液排出コンジットへ向かって移動すると、供給キャリヤ層を流通���る供給溶液と接触する塩阻止膜層の作用によって供給キャリヤ層中の流体にある塩の濃度が高くなること、また、濃縮液排出コンジットに到達する濃縮液は、供給溶液として使用される海水より高い塩濃度を特徴とすることになることは当業者には理解されよう。
【００２９】
透過液排出コンジット及び透過液キャリヤ層の役割及び機能は、上記塩セパレータアセンブリの例を使用して例示することができる。したがって、一実施形態では、セパレータアセンブリは、水から塩を分離するための塩セパレータアセンブリとして使用することができる。供給溶液、例えば海水は、濃縮液排出コンジットから離れた供給キャリヤ層の一部で構成されるセパレータアセンブリの外部表面（第３の表面）と接触する。透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しておらず、また、供給溶液と直接接触しない。このような状況の下では、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない、と言われる。供給溶液は、供給キャリヤ層に沿って流通する際に、供給溶液の１以上の成分を含んだ流体を改質し、且つ、透過液キャリヤ層へ透過させる塩阻止膜層と接触する。塩阻止膜層を透過した、透過液（又は「透過液（ｔｈｅ  ｐｅｒｍｅａｔｅ）」）と呼ばれるこの流体は、透過液キャリヤ層のうちの透過液排出コンジットの外部と接触する部分に到達するまで透過液キャリヤ層に沿って流通し、そこで透過液は、透過液キャリヤ層から透過液排出コンジットの内部へ透過する。供給溶液が改質され、塩阻止膜層によって透過液キャリヤ層の中へ透過すると、膜層の塩阻止作用によって透過液中の塩の濃度が供給溶液に対して低くなることは当業者には理解されよう。
【００３０】
一実施形態では、セパレータアセンブリは、複数の濃縮液排出コンジットを備える。一実施形態では、濃縮液排出コンジットの数は、１コンジット乃至８コンジットの範囲内である。他の実施形態では、濃縮液排出コンジットの数は、２コンジット乃至６コンジットの範囲内である。さらに他の実施形態では、濃縮液排出コンジットの数は、３コンジット乃至４コンジットの範囲内である。
【００３１】
一実施形態では、セパレータアセンブリは、複数の透過液排出コンジットを備える。一実施形態では、透過液排出コンジットの数は、１コンジット乃至８コンジットの範囲内である。他の実施形態では、透過液排出コンジットの数は、２コンジット乃至６コンジットの範囲内である。さらに他の実施形態では、透過液排出コンジットの数は、３コンジット乃至４コンジットの範囲内である。
【００３２】
一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、単一の供給キャリヤ層を備える。一代替実施形態では、セパレータアセンブリは、複数の供給キャリヤ層を備える。一実施形態では、供給キャリヤ層の数は、１層乃至６層の範囲内である。他の実施形態では、供給キャリヤ層の数は、２層乃至５層の範囲内である。さらに他の実施形態では、供給キャリヤ層の数は、３層乃至４層の範囲内である。
【００３３】
一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、単一の透過液キャリヤ層を備える。一代替実施形態では、セパレータアセンブリは、複数の透過液キャリヤ層を備える。一実施形態では、透過液キャリヤ層の数は、１層乃至６層の範囲内である。他の実施形態では、透過液キャリヤ層の数は、２層乃至５層の範囲内である。さらに他の実施形態では、透過液キャリヤ層の数は、３層乃至４層の範囲内である。
【００３４】
一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、単一の膜層を備える。一代替実施形態では、セパレータアセンブリは、複数の膜層を備える。一実施形態では、膜層の数は、１層乃至６層の範囲内である。他の実施形態では、膜層の数は、２層乃至５層の範囲内である。さらに他の実施形態では、膜層の数は、３層乃至４層の範囲内である。一実施形態では、膜層の数は、セパレータアセンブリが提供するのに必要な能動表面積に正比例している。
【００３５】
図１を参照すると、従来のセパレータアセンブリのコンポーネント及び従来のセパレータアセンブリを製造する方法が示されている。従来のセパレータアセンブリでは、膜スタックアセンブリ１２０は折畳み膜層１１２を備えており、供給キャリヤ層１１６は、２つの１／２半折畳み膜層１１２の間にはさまれている。折畳み膜層１１２は、折畳み膜層の能動面（図には示されていない）が供給キャリヤ層１１６と接触するように配置されている。折畳み膜層１１２は、膜層１１２の受動表面（図には示されていない）が透過液キャリヤ層１１０と接触するように透過液キャリヤ層１１０によって覆い包まれている。通常、接着シーラント（図示せず）を使用して供給キャリヤ層が透過液キャリヤ層から隔離され、且つ、供給溶液（図示せず）と透過液キャリヤ層の間の直接接触が防止される。透過液層１１０の各々が透過液排出コンジット１１８と接触する共通透過液キャリヤ層１１１に接続されている複数の膜スタックアセンブリ１２０は、例えば透過液排出コンジット１１８を方向１２２に回転させることによって透過液排出コンジット１１８の周囲に巻き付けられ、結果として得られる巻かれた構造が適切に封止され、それにより従来のセパレータアセンブリが提供される。透過液排出コンジットは、共通透過液キャリヤ層１１１との流体連絡を可能にする開口１１３を備える。膜スタックアセンブリが透過液排出コンジット１１８の周囲に巻き付けられると、折畳み膜層１１２によって画成される優角が３６０度に近づく。
【００３６】
図２を参照すると、図２ａに、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメントの中に配置された膜スタックアセンブリ１２０の第１の部分２３１の中央部分２００の横断面図が示されている。膜スタックアセンブリ１２０の第２の部分２３２は、本発明の一実施形態による中央コアエレメントの外側に配置されている。膜スタックアセンブリの第１の部分は、透過液排出コンジット１１８を濃縮液排出コンジット２１８から分離する。膜スタックアセンブリ１２０は、透過液キャリヤ層１１０、膜層１１２及び供給キャリヤ層１１６を備える。中央コアエレメントを方向２２２に回転させることにより、図２ｂに示されている、本発明の一実施形態による部分的に巻かれた構造２４０が得られる。膜スタックアセンブリ１２０のその部分（第２の部分２３２）は、中央コアエレメントの周囲に巻き付けられており、完成したセパレータアセンブリの多層膜アセンブリになっている。図２ｃは、透過液キャリヤ層１１０及び膜層１１２が中央コアエレメントの周囲に完全に巻き付けられた後に得られる巻かれた構造２５０を示したもので、図３に示されているセパレータアセンブリ３００を製造するだけの十分な供給キャリヤ層１１６が残されている。セパレータアセンブリ３００（図３）は、膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に完全に巻き付け、且つ、膜スタックアセンブリの末端を固定することによって得られる。さらに、供給溶液とセパレータアセンブリのエッジオン接触を防止するために、巻かれた構造の末端が封止される。
【００３７】
図３を参照すると、本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリ３００の中央部分の横断面図が示されている。セパレータアセンブリ３００は、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメントを備えており、各排出コンジットは内部チャネル１１９を画成する。セパレータアセンブリ３００は、供給キャリヤ層１１６、透過液キャリヤ層１１０及び膜層１１２を備えた膜スタックアセンブリ１２０（図２）を備えており、膜層１１２は、供給キャリヤ層１１６と透過液キャリヤ層１１０の間に配置されている。中央コアエレメントの透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８は、膜スタックアセンブリ１２０の第１の部分２３１（図２ａ）によって分離されている。膜スタックアセンブリの第２の部分２３２（図２ａ）は、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成する。図３には、供給キャリヤ層１１６が透過液排出コンジット１１８又は透過液キャリヤ層１１０のいずれとも接触しないこと、また、透過液キャリヤ層１１０が濃縮液排出コンジット２１８又は供給キャリヤ層１１６のいずれとも接触しないことが明確に示されている。膜スタックアセンブリ１２０の末端は、封止部分３１６に固定されている。封止部分３１６は、最も外側の透過液キャリヤ層を２つの隣接する膜層１１２に対して封止するシーラント（一般的には硬化性接着剤）の横断線であり、前記横断線は、セパレータアセンブリ３００の長さにわたって通っている。通常、シーラントは、隣接する透過液キャリヤ層と接触すると、シーラントが透過液キャリヤ層の縁にしみ込み、透過液キャリヤ層の縁を封止する膜層１１２の受動表面に加えられる。シーラントは、通常、膜層の能動表面を介してしみ込むことはなく、したがって膜層１１２又は供給キャリヤ層１１６のいずれの能動表面（図示せず）とも接触することはない。図３に示されているセパレータアセンブリ３００の「第３の表面」は、下方に位置している巻かれた構造を覆い包んでいる供給キャリヤ層１１６に排他的に含まれる。また、図３に示されているセパレータアセンブリ３００には、透過液キャリヤ層１１０及び供給キャリヤ層１１６の最も内側の末端をそれぞれ透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８に固定する接着線３２５が示されている。接着剤及び／又は両面テープなどの様々な接着シーラントを使用して、多層膜アセンブリの末端を互いに固定し（封止部分３１６）、透過液キャリヤ層及び供給キャリヤ層を透過液排出コンジット及び濃縮液排出コンジットに固定し（横断シーラント線３２５）、また、供給キャリヤ層の末端をセパレータアセンブリの外部表面で供給キャリヤ層自体に固定することができる（封止部分３１７）。（膜層の受動表面に加えられた縁シーラント５２６が透過液キャリヤ層−膜層界面でセパレータアセンブリを封止している図５ｃを同じく参照されたい）。セパレータアセンブリ内に存在する隙間は、すべて、隙間に隙間シーラントを充填することによって除去することができる。隙間シーラントには、硬化性シーラント、接着シーラントなどがある。
【００３８】
図４を参照すると、図４ａには、本発明の一実施形態による螺旋流逆浸透装置４００の側面図が示されている。螺旋流逆浸透装置４００は、カップリング部材４３６によって加圧可能ハウジング４０５の中に固定されたセパレータアセンブリ３００を備える。加圧可能ハウジング４０５は、セパレータアセンブリ３００の外部表面４２７に供給溶液を提供するように構成された供給入口４１０を備える。加圧可能ハウジング４０５は、さらに、セパレータアセンブリ３００の透過液排出コンジット１１８（図示せず）に結合された透過液排出出口４３８、及びセパレータアセンブリ３００の濃縮液排出コンジット２１８（図示せず）に結合された濃縮液排出出口４２８を備える。中央コアエレメント４４０の末端は、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８をそれぞれ透過液排出出口４３８及び濃縮液排出出口４２８に接続するためにカップリング部材４３６の中に挿入されている。方向矢印４２２は、供給溶液（図示せず）がセパレータアセンブリの外部表面４２７と接触する方向を示している。方向矢印４２９及び４３９は、濃縮液及び透過液がそれぞれ濃縮液排出出口４２８及び透過液排出出口４３８を通って流れる方向を示している。図４ａには、さらに、外部表面４２７以外の表面を介したセパレータアセンブリ内への供給溶液の導入を防止する封止された第１の表面４２０及び封止された第２の表面４２５が示されている。図４ｂは、図４ａに示されているセパレータアセンブリ３００にある中央コアエレメント４４０を示す。中央コアエレメントは、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えており、これらのコンジットの各々は、それぞれ末端４４５及び４４４で遮断されている。透過液排出コンジット１１８から流出した透過液は４４９の方向に流れ、一方、濃縮液排出コンジット２１８から流出した濃縮液は４４８の方向に流れる。図４ｂに示されている透過液排出コンジット及び濃縮液排出コンジット内では、流れは、一方向の流れ、と言われる。図４ｂに示されている実施形態では、中央コアエレメントは、スペーサエレメント４４６の存在によって修正された半円筒１１８及び２１８の分離可能な対である。図４ｂに示されている実施形態では、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８の各々は同一である。透過液排出コンジット１１８は、スペーサエレメント４４６、及びチャネル１１９（図示せず）と連絡している開口１１３（図示せず）を備える。透過液排出コンジット１１８は、末端４４５で遮断されている。濃縮液排出コンジット２１８は、スペーサエレメント４４６、及びチャネル１１９と連絡している開口１１３を備える。濃縮液排出コンジット２１８は、末端４４４で遮断されている。スペーサエレメント４４６は、膜スタックアセンブリ１２０（図２ａ参照）の第１の部分を収容する空洞４５０を画成する。
【００３９】
図５を参照すると、図３に示されているセパレータアセンブリ３００を製造するために、本発明の実施形態による方法５００が示されている。第１の方法段階５０１では、濃縮液排出コンジット２１８を提供し、且つ、濃縮液排出コンジットの長さにわたって通っている線３２５に沿って接着剤（図示せず）のビーズを加えることによって第１の中間アセンブリが形成され、次に、硬化していない接着剤と接触する供給キャリヤ層１１６を線３２５に沿って配置し、且つ、硬化させることにより、図に示されている第１の中間アセンブリが提供される。
【００４０】
濃縮液排出コンジットのうちの「濃縮液排出コンジットの長さ」と呼ばれる部分は、供給キャリヤ層の幅に対応しており、また、濃縮液排出コンジットのうちの供給キャリヤ層と接触するように適合された部分に対応する。この例及び本開示の他の部分から明らかなように、濃縮液排出コンジットの長さは、通常、濃縮液排出コンジットのうちの供給キャリヤ層と接触するように適合された部分の長さより長い。また、通常、濃縮液排出コンジットは、本発明によって提供されるセパレータアセンブリ内の、該濃縮液排出コンジットの周囲に配置された多層膜アセンブリより長い。濃縮液排出コンジットのうちの供給キャリヤ層と接触するように適合された部分は多孔性であり、例えば図４ｂにエレメント１１３で示されているような開口を備える。本発明の典型的な実施形態では、濃縮液排出コンジットのうちの供給キャリヤ層と接触しないように適合された部分は多孔性ではない。
【００４１】
第２の方法段階５０２で、透過液排出コンジット１１８を提供し、且つ、透過液排出コンジットの長さにわたって通っている線３２５に沿って接着剤（図示せず）のビーズを加えることによって第２の中間アセンブリが形成され、次に、硬化していない接着剤と接触する透過液キャリヤ層１１０を線３２５に沿って配置し、且つ、硬化させることにより、図に示されている第２の中間アセンブリが提供される。
【００４２】
透過液排出コンジットのうちの「透過液排出コンジットの長さ」と呼ばれる部分は、透過液キャリヤ層の幅に対応しており、また、透過液排出コンジットのうちの透過液キャリヤ層と接触するように適合された部分に対応する。この例及び本開示の他の部分から明らかなように、透過液排出コンジットの長さは、通常、透過液排出コンジットのうちの透過液キャリヤ層と接触するように適合された部分の長さより長い。また、通常、透過液排出コンジットは、本発明によって提供されるセパレータアセンブリ内のその周囲に配置された多層膜アセンブリより長い。透過液排出コンジットのうちの透過液キャリヤ層と接触するように適合された部分は多孔性であり、例えば図４ｂにエレメント１１３で示されているような開口を備える。本発明の典型的な実施形態では、透過液排出コンジットのうちの透過液キャリヤ層と接触しないように適合された部分は多孔性ではない。
【００４３】
第３の方法段階５０３で第３の中間アセンブリが製造される。能動表面（図示せず）及び受動表面（図示せず）を有する膜層１１２が、膜層１１２の能動表面（図示せず）が供給キャリヤ層１１６と接触するように、方法段階５０１の第１の中間アセンブリと接触して配置される。膜層１１２は、濃縮液排出コンジット２１８によって二分され、且つ、濃縮液排出コンジット２１８と接触しないように配置される。
【００４４】
第４の方法段階５０４で第４の中間アセンブリが形成される。方法段階５０２で示されている第２の中間アセンブリが方法段階５０３で示されている第３の中間アセンブリに結合される。方法段階５０４で示されている第４の中間アセンブリは、供給キャリヤ層１１６と透過液キャリヤ層１１０の間に配置された膜層１１２を備えた膜スタックアセンブリ１２０を特徴としている。方法段階５０４で示されている第４の中間アセンブリは、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメントの中に配置された膜スタックアセンブリ１２０の第１の部分、及び中央コアエレメントの外側に配置された膜スタックアセンブリ１２０の第２の部分を示している。
【００４５】
第５の方法段階５０５（図５ｂ）で、第５の中間アセンブリを得るために、膜層１１２の受動表面の各縁に沿った縦方向の線として縁シーラント５２６が加えられる。縁シーラントは、透過液キャリヤ層の縁の長さ全体に沿って、隣接する透過液キャリヤ層に浸透する。方法段階５０５（図５ｂ）で示されている第５の中間アセンブリは、中間段階における断面図ではなく、セパレータアセンブリの初期の第１又は第２の表面から見た図を示していることは当業者には理解されよう。
【００４６】
第６の方法段階５０６で、縁シーラント５２６が硬化する前に、第５の中間アセンブリの自由部分（膜スタックアセンブリの「第２の部分」とも呼ばれる）が中央コアエレメントの周囲に巻き付けられる。中央コアエレメントの周囲への膜スタックアセンブリの第２の部分の巻付けは、巻付けプロセスの間、膜スタックアセンブリの層の表面に若干の自由運動を許容するために、縁シーラントが非硬化状態にある間に実施される。一実施形態では、縁シーラント５２６は、巻付け段階の一環として加えられる。方法段階５０６で示されている構造（第６の中間アセンブリ）は、方法段階５０５で示されている構造であって、中央コアエレメントを約１８０度回転させた後の構造を示している。セパレータアセンブリ３００の製造は、中央コアエレメントを方向２２２に回転させ、それにより中央コアエレメントの周囲に膜スタックアセンブリの第２の部分を巻き付けて巻かれた構造を形成し、次に、膜スタックアセンブリの末端を固定することによって完了することができる。供給キャリヤ層の長さは、下方に位置している巻かれた構造を覆い包むだけの十分な長さであり、また、セパレータアセンブリの全外部表面（第３の表面）を備える。セパレータアセンブリの第１及び第２の表面は、供給溶液と供給キャリヤ層のエッジオン接触を防止するために封止される。巻かれた構造にある膜スタックアセンブリの末端は、硬化性接着剤、硬化性接着剤、両面テープなどの様々な手段によって固定することができる。膜スタックアセンブリの巻かれた第２の部分は、この実施形態では多層膜アセンブリと呼ばれる。この多層膜アセンブリは、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメントの周囲に配置される、と言われる。縁シーラント５２６が硬化すると、セパレータアセンブリの第１及び第２の表面の両方で透過液キャリヤ層１１０及び膜層１１２の縁が完全に封止され、供給キャリヤ層１１６を除く供給表面からの流体の透過が阻止される。
【００４７】
図５ｃを参照すると、構造５０７は、本発明のセパレータアセンブリを製造中の構造であって、中央コアエレメント４４０の中に配置された膜スタックアセンブリ１２０の斜視図を示す。構造５０７は、方法段階５０５で示されている第５の中間アセンブリに対応する。図に示されている硬化性縁シーラント５２６は、膜層１１２の受動表面の各縦方向及び各横方向の縁（合計６つのこのような縁がある）に沿って配置され、透過液キャリヤ層１１０と接触する。中央コアエレメント４４０は、巻かれた構造を提供するために２２２の方向に回転する。
【００４８】
図６を参照すると、本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリ３００の中央部分の横断面図が示されている。セパレータアセンブリ３００は、２つの透過液キャリヤ層１１０と、２つの膜層１１２と、２つの透過液排出コンジット１１８及び１つの濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置された２つの供給キャリヤ層１１６とを備える。透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８は互いに接触しない。セパレータアセンブリ３００の外部表面は、下方に位置している巻かれた構造を完全に覆い包んでいる供給キャリヤ層１１６で構成される。供給キャリヤ層１１６の末端は、追加封止部分（図示せず）によって固定されている。セパレータアセンブリ３００は、２つの透過液排出コンジット１１８及び１つの濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメント４４０の中に６２２（図６）で示されているように配置された２つの膜スタックアセンブリ１２０を提供することによって製造することができる。次に、中央コアエレメント４４０の周囲に半径方向に配置された多層膜アセンブリを提供するために、２つの膜スタックアセンブリ１２０が中央コアエレメントの周囲に２２２の方向に巻かれる。セパレータアセンブリ３００の製造は、封止部分３１６を加え、且つ、供給キャリヤ層１１６の末端を例えば接着によって固定することによって完了する。封止部分３１６によって供給溶液と透過液キャリヤ層の直接接触が防止される。図６に示されているセパレータアセンブリ３００の第１及び第２の表面（図示せず）は、例えば濃縮液排出コンジット２１８及び透過液排出コンジット１１８の末端にマスクを施し、且つ、巻かれたアセンブリの末端をエポキシシーラントに軽く浸し、引き続いて硬化させることによって封止することができる。透過液排出コンジット及び濃縮液排出コンジットの末端からマスクが除去され、完成したセパレータアセンブリ３００が提供される。
【００４９】
図７を参照すると、図７ｄに、本発明の様々な実施形態に使用することができる中央コアエレメント４４０が示されている。中央コアエレメント４４０は、２つの透過液排出コンジット１１８及び１つの濃縮液排出コンジット２１８を備える。図７に示されている例では、中央コアエレメント４４０を使用して、図６の中央部分の横断面図に示されているセパレータアセンブリ３００を製造することができる。中央コアエレメント４４０にある透過液排出コンジット１１８の各々は、図７ａには、透過液排出チャネル１１９（図７ａでは見ることはできないが、図７ｂに示されている）、透過液排出チャネル１１９と連絡している開口１１３（図示せず）、スペーサエレメント４４６、及びOリングを固定するように適合された溝７１６を備えた修正半円筒として示されている。チャネル１１９は、この例では一方の末端が開放され、且つ、末端４４５で閉じている透過液排出コンジット１１８の長さにわたって通っている。２つの透過液排出コンジット１１８が結合されて部分構造７１０（図７ｂ）が形成され、開口１１３を見て取ることができる。開口１１３は、透過液キャリヤ層から透過液排出チャネル１１９内への透過液の流れを可能にする。部分構造７１０は、さらに、濃縮液排出コンジット２１８及び２つの膜スタックアセンブリ１２０の両方（図６に示されているように構成されている（構造６２２））を収容する空洞４５０を画成する。濃縮液排出コンジット２１８（図７ｃ）は、末端４４４が閉じている濃縮液排出チャネル１１９を備える。指摘したように、濃縮液排出コンジット２１８は末端４４４が閉じており、濃縮液排出コンジットの排出チャネル１１９を通る流れは、７３４の方向に制限される（図７ｃ及び７ｄ参照）。セパレータアセンブリ３００の横断面図（図６）を参照すると、この図には、透過液排出コンジット１１８は濃縮液排出コンジット２１８と接触しないこと、また、供給キャリヤ層１１６は透過液キャリヤ層１１０又は透過液排出コンジット１１８と接触しないこと、及び供給キャリヤ層は、セパレータアセンブリ３００の外部表面を形成することが示されている。
【００５０】
図８を参照すると、本発明の一実施形態によるセパレータアセンブリ３００が示されている。中央部分の横断面図で示されているセパレータアセンブリ３００は、２つの透過液キャリヤ層１１０と、２つの膜層１１２と、２つの透過液排出コンジット１１８及び２つの濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメント４４０の周囲に半径方向に配置された単一の供給キャリヤ層１１６とを備える。封止部分３１６は、供給溶液と透過液キャリヤ層１１０の直接接触を防止しており、また、封止部分３１７は、供給キャリヤ層１１６の外部端を固定している。透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８は互いに接触しない。セパレータアセンブリ３００は、単一の供給キャリヤ層１１６、２つの透過液キャリヤ層１１０及び２つの膜層１１２を、２つの透過液排出コンジット１１８及び２つの濃縮液排出コンジット２１８を備えた中央コアエレメント４４０の中に配置することにより、８３０（図８）で示されているように製造することができる。図８（８３０）に示されているように、２つの透過液キャリヤ層１１０の各々は、２つの透過液排出コンジット１１８のうちの一方と接触するように構成されており、また、さらに、透過液キャリヤ層のうちの中央コアエレメントの中に配置されている部分の長さは、中央コアエレメント４４０の直径の約半分である。膜層１１２は、８３０で示されているように中央コアエレメント４４０の中に配置されている。膜層１１２の約９０度の湾曲は、約２７０度の優角に対応する。供給キャリヤ層１１６は、中央コアエレメント４４０を二分しており、そのようにするための、透過液キャリヤ層、膜層及び透過液キャリヤ層のうちの唯一の層である。これらの層は、中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置された多層膜アセンブリを提供するために、中央コアエレメント４４０の周囲に２２２の方向に巻き付けられている。セパレータアセンブリ３００の製造は、封止部分３１６を加え、且つ、例えば供給キャリヤ層の末端を供給キャリヤ層自体に接着することにより、封止部分３１７を使用して供給キャリヤ層１１６の末端を固定することによって完了する。供給溶液とセパレータアセンブリの第１又は第２の表面のエッジオン接触を防止するために、巻かれたアセンブリの末端が封止される。
【００５１】
図９を参照すると、本発明の一実施形態による、螺旋流逆浸透装置、例えば図４ａに示されている螺旋流逆浸透装置４００を製造するために使用される加圧可能ハウジング４０５が示されている。図９を参照すると、加圧可能ハウジング４０５は、取外し可能な第１の部分９０１及び取外し可能な第２の部分９０２を備える。第１及び第２の部分９０１及び９０２は、９０１を９０２に固定するためのねじ山９０３及びねじ山９０３と相補的なねじ山９０４によって結合することができる。加圧可能ハウジングの取外し可能な第１の部分を加圧可能ハウジングの取外し可能な第２の部分に固定するための他の手段には、スナップ合体エレメントの使用、接着、テーピング、クランピングなどの手段がある。カップリング部材４３６は、セパレータアセンブリ３００を加圧可能ハウジング４０５の中に固定し、且つ、中央コアエレメント４４０の末端が挿入される空洞９３６を画成する。
【００５２】
図１０を参照すると、図１０ａは、本発明の一実施形態に従って使用される中央コアエレメント４４０の三次元図を示す。中央コアエレメント４４０は、濃縮液排出コンジット２１８及び透過液排出コンジット１１８を備えており、これらのコンジットの各々は、それぞれ末端４４４及び４４５で遮断されている。したがって、中央コアエレメント４４０を備えたセパレータアセンブリが動作している間、濃縮液排出コンジット２１８を通る流れは、方向４４８の一方向の流れであり、また、透過液排出コンジット１１８を通る流れは、方向４４９の一方向の流れである。透過液及び濃縮液排出コンジットの各々は、チャネル１１９及び開口１１３を画成する。中央コアエレメント４４０は、一方の末端に、Oリングを固定するように適合された溝７１６を備える。コンポーネント透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８は、それぞれ、膜スタックアセンブリの第１の部分を収容することができる空洞４５０を画成するスペーサエレメント４４６及び４４７を備える。
【００５３】
さらに図１０を参照すると、図１０ｂは、本発明の中央コアエレメント４４０の三次元立体図を示す。図１０ａの場合と同様、透過液排出コンジットは末端４４５で遮断されており、また、濃縮液排出コンジットは末端４４４で遮断されている。
【００５４】
さらに図１０を参照すると、図１０ｃは、図１０ｂに示されている本発明の中央コアエレメント４４０の一部の拡大三次元立体図を示す。
【００５５】
図１１を参照すると、本発明による中央コアエレメント４４０の一代替実施形態が示されている。図１１に示されている中央コアエレメント４４０は、透過液排出コンジット１１８及び濃縮液排出コンジット２１８を備えており、これらの各々はその両方の末端が開いている。各排出コンジットは、チャネル１１９、チャネルと連絡している開口１１３、空洞４５０を画成するスペーサエレメント４４６及び４４７、及びOリングを固定するように適合された溝７１６を画成する。中央コアエレメント４４０を備えたセパレータアセンブリが動作している間、排出コンジットを通る流れは二方向の流れである。流れ方向矢印４４８及び４４９は、図１１に示されている中央コアエレメント４４０を備えたセパレータアセンブリが動作している間、それぞれ濃縮液及び透過液が流れる方向を示している。
【００５６】
一実施形態では、本発明により、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層、及び供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に配置された１以上の塩阻止膜層を備えた膜スタックアセンブリを備えた塩セパレータアセンブリが提供される。塩セパレータアセンブリは、さらに、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントを備えており、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットは、膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離されている。膜スタックアセンブリの第２の部分は、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成する。供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、透過液排出コンジットとは接触しない。透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、濃縮液排出コンジットとは接触しない。透過液キャリヤ層は、塩セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【００５７】
一実施形態では、塩セパレータアセンブリは、中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置された多層膜アセンブリを備える。他の実施形態では、塩阻止膜層は、官能基化表面及び非官能基化表面を備える。一実施形態では、塩セパレータアセンブリは複数の濃縮液排出コンジットを備える。他の実施形態では、塩セパレータアセンブリは複数の透過液排出コンジットを備える。さらに他の実施形態では、塩セパレータアセンブリは複数の供給キャリヤ層を備えており、また、一代替実施形態では、塩セパレータアセンブリは複数の透過液キャリヤ層を備える。塩セパレータアセンブリは複数の塩阻止膜層を備えることができる。
【００５８】
さらに他の実施形態では、本発明により、（ａ）加圧可能ハウジング及び（ｂ）セパレータアセンブリを備えた螺旋流逆浸透膜装置が提供される。セパレータアセンブリは、１以上の供給キャリヤ層、１以上の透過液キャリヤ層、及び供給キャリヤ層と透過液キャリヤ層の間に配置された１以上の膜層を備えた膜スタックアセンブリを備える。また、セパレータアセンブリは、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントを備える。膜スタックアセンブリの第１の部分は、透過液排出コンジット及び濃縮液排出コンジットを分離するように構成されている。膜スタックアセンブリの第２の部分は、中央コアエレメントの周囲に配置された多層膜アセンブリを形成する。供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、透過液排出コンジットとは接触しない。透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、濃縮液排出コンジットとは接触しない。さらに、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。加圧可能ハウジングは、セパレータアセンブリの外部表面に供給溶液を提供するように構成された１以上の供給入口を備える。加圧可能ハウジングは、透過液排出コンジットに結合された１以上の透過液排出出口、及び濃縮液排出コンジットに結合された１以上の濃縮液排出出口を備える。加圧可能ハウジングは、当業者に知られている適切な１以上の材料を使用して製造することができる。例えば、加圧可能ハウジングは、重合有機材料、ステンレス鋼、アルミニウム、ガラス又はそれらの組合せを使用して製造することができる。供給入口は、加圧可能ハウジングに接続されており、セパレータアセンブリへの供給の入力を可能にする。一実施形態では、加圧可能ハウジングは熱可塑性ＡＢＳで構成される。一代替実施形態では、加圧可能ハウジングはポリカーボネートで構成される。
【００５９】
一実施形態では、本発明により、（ａ）加圧可能ハウジング及び（ｂ）本発明によって提供されるセパレータアセンブリを備えた螺旋流逆浸透膜装置が提供され、多層膜アセンブリは、中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置されている。一代替実施形態では、本発明により、（ａ）加圧可能ハウジング及び（ｂ）本発明によって提供される複数のセパレータアセンブリを備えた螺旋流逆浸透膜装置が提供される。
【００６０】
さらに他の実施形態では、セパレータアセンブリを製造するための方法が提供され、この方法は、１以上の濃縮液排出コンジット及び１以上の透過液排出コンジットを備えた中央コアエレメントを用意し、１以上の透過液キャリヤ層、１以上の供給キャリヤ層及び１以上の膜層を備えた膜スタックアセンブリの第１の部分を、濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットが膜スタックアセンブリの第１の部分によって分離されるように中央コアエレメントの中に配置し、且つ、膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置し、また、セパレータアセンブリを提供するために、結果として得られる巻かれたアセンブリを封止することを含んでなり、濃縮液排出コンジットと透過液排出コンジットは非接触であり、供給キャリヤ層は濃縮液排出コンジットと接触しており、また、透過液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は透過液排出コンジットと接触しており、また、濃縮液排出コンジットとは非接触であり、透過液キャリヤ層は、セパレータアセンブリの外部表面を形成しない。
【００６１】
この例では、「膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に半径方向に配置し、また、セパレータアセンブリを提供するために、結果として得られる巻かれたアセンブリを封止する」という表現は、膜スタックアセンブリの第２の部分を中央コアエレメントの周囲に巻き付ける行為、膜スタックアセンブリの末端に封止部分、例えば図３の封止部分３１６及び３１７を加える行為、及び巻かれた構造（例えば円筒状セパレータアセンブリの第１及び第２の表面）の末端を封止する行為、例えば巻かれた構造の末端をエポキシシーラントに軽く浸し、引き続いて硬化させることによって封止する行為を意味している。
【００６２】
様々な実施形態では、セパレータアセンブリは、本明細書において開示され、且つ、図２〜１１に示されている手順及び概念を使用して製造することができる。本明細書において開示されている方法によれば、膜層の折畳みが回避され、その一方で、セパレータアセンブリの多層膜アセンブリの中に配置された濃縮液排出コンジット及び透過液排出コンジットへ向かう供給溶液及び透過液の螺旋流を提供するセパレータアセンブリが得られる。従来のセパレータアセンブリと比較して、封止部分に対する依存が小さいことなどの他の利点は、本明細書において開示されている本発明の様々な実施形態の価値を高くしている。本発明によれば、多層膜アセンブリの軸（アセンブリを通る交差流の方向）に沿った供給溶液の流れを生じさせることなく動作させることができる新規なセパレータアセンブリが提供されることは当業者には理解されよう。本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、セパレータアセンブリの外部表面全体に供給溶液を導入し、それによりセパレータアセンブリがその軸に沿って折り重なる傾向を最小化することによって動作させることができる。
【００６３】
本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、供給溶液から１以上の溶質を分離するのにとりわけ有用である。一実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、海水から塩を分離するために使用される。一代替実施形態では、本発明によって提供されるセパレータアセンブリは、汽水性の水から塩と有機汚染物質の混合物を分離するために使用される。透過液及び濃縮液に有利に分離することができる様々な供給溶液には、海水、汽水性の水、原乳、食品処理液、冷却塔浸出液、都市水処理工場浸出液、及び川の水、貯水池の水などの都市水源がある。
【００６４】
以上の例は、単に例示的なものにすぎず、本発明の特徴の一部を例示するものにすぎない。特許請求の範囲には、想定されているだけの広く本発明を特許請求することが意図されており、本明細書において示されている例は、すべての可能な実施形態から選択された実施形態を例示したものである。したがって、本出願人が意図していることは、特許請求の範囲を、本発明の特徴を例示するために使用される選ばれた例によって制限されるべきではないことである。また、特許請求の範囲に使用される「備える」という語及びその文法上の変形には、理論的に、例えばそれらに限定されないが、「本質的にからなる」及び「からなる」などの変化し、且つ、異なる範囲の表現の境界が示され、且つ、含まれる。必要に応じて範囲が示されており、これらの範囲には、それらの間にあらゆる副範囲が含まれる。これらの範囲内の変形形態は、当業者には思い付くこと、また未だ公開されていない場合、これらの変形形態を、可能な場合、特許請求の範囲内にあると解釈すべきであることが期待されている。また、言語の不正確性のために現時点では企図されていない均等物及び置換も、科学及び技術の進歩によって可能になることが期待され、したがって、可能である場合、これらの変化も特許請求の範囲内にあると解釈すべきである。
【符号の説明】
【００６５】
１１０  透過液キャリヤ層
１１１  共通透過液キャリヤ層
１１２  膜層
１１３  開口（エレメント）
１１６  供給キャリヤ層
１１８  透過液排出コンジット、半円筒
１１９  チャネル（濃縮液排出チャネル、透過液排出チャネル、排出チャネル、内部チャネル）
１２０  膜スタックアセンブリ
１２２  方向
２００  膜スタックアセンブリの第１の部分の中央部分
２１８  濃縮液排出コンジット、半円筒
２２２  方向
２３１  膜スタックアセンブリの第１の部分
２３２  膜スタックアセンブリの第２の部分
２４０  部分的に巻かれた構造
２５０  巻かれた構造
３００  セパレータアセンブリ
３１６、３１７  封止部分
３２５  横断シーラント線、接着線
４００  螺旋流逆浸透装置
４０５  加圧可能ハウジング
４１０  供給入口
４２０  密閉された第１の表面
４２２  方向矢印
４２５  密閉された第２の表面
４２７  外部表面
４２８  濃縮液排出出口
４２９  方向矢印
４３６  カップリング部材
４３８  透過液排出出口
４３９  方向矢印
４４０  中央コアエレメント
４４４、４４５  末端
４４６、４４７  スペーサエレメント
４４８、４４９  流れ方向矢印、矢印方向
４５０  空洞
５０７  構造
５２６  縁シーラント
６２２  構造
７１０  部分構造
７１６  溝
７３４  方向
９０１  取外し可能な第１の部分
９０２  取外し可能な第２の部分
９０３、９０４  ねじ山
９３６  空洞
【図１】
0005536078.tif 000002
【図２Ａ】
0005536078.tif 000003
【図２Ｂ】
0005536078.tif 000004
【図２Ｃ】
0005536078.tif 000005
【図３】
0005536078.tif 000006
【図４Ａ】
0005536078.tif 000007
【図４Ｂ】
0005536078.tif 000008
【図５】
0005536078.tif 000009
【図５Ｂ】
0005536078.tif 000010
【図５Ｃ】
0005536078.tif 000011
【図６】
0005536078.tif 000012
【図７】
0005536078.tif 000013
【図８】
0005536078.tif 000014
【図９】
0005536078.tif 000015
【図１０Ａ】
0005536078.tif 000016
【図１０Ｂ】
0005536078.tif 000017
【図１０Ｃ】
0005536078.tif 000018
【図１１】
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