(57)【要約】固いハウジング内にさらに配置された固い外側円筒内にさらに配置されている、外側ソリッド円筒内に配置されたカートリッジを備え、外側ソリッド円筒がソリッドハウジング内に配置された、スパイラル濾過カートリッジ構造が提供される。流体は、外側円筒とハウジングの間の空間内を流れ、リングおよび可撓性の山形構造によって制御される。山形構造は、外側円周の孔を備え、そのサイズおよび数は、バイパス流を決定するように設定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の内部を有する中央チューブの周囲にらせん状に巻かれた、少なくとも１つの膜と、複数の多孔性供給スクリーンと、複数の多孔性透過スクリーンとを備える分離カートリッジを備える、透過液および残留液を作成するように流体を濾過するスパイラル形装置であって、前記分離カートリッジは、剛性の無孔外側ソリッドチューブ内に収容され、前記外側ソリッドチューブが、空間を形成するように前記外側チューブから離隔されたソリッドハウジング内に収容され、前記透過液を前記残留液から隔離する手段と、前記固い外側チューブと前記固いハウジングの間の流体の流れを制御する手段とを備え、、改良が、
前記外側ソリッドチューブと前記ソリッドハウジングの間の流体の流れを制御するための前記手段が、前記外側ソリッドチューブの外部表面に固定された山形形状のシールを備え、該シールが、当該シールの周縁部の周囲で前記シールと接触する可撓性の保持リングによって固定されることを含む装置。
【請求項２】
前記分離カートリッジが、スクリーンからなる外側の透過性ラップを含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シールが、前記外側ソリッドチューブの取入口に配置されている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記シールが、前記外側ソリッドチューブの排出口に配置されている請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透や限外濾過などの流体分離プロセスで使用されるスパイラル濾過カートリッジ構造に関する。より具体的には、本発明は、使用中、カートリッジの内部および周囲での流体の停滞を防止する部分的な供給バイパス手段を備える山型のシール構造を有するスパイラル濾過カートリッジ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の前に、膜シートおよび適切な浸透スペーサおよび供給スペーサがその周囲に巻かれた中央に配置されたチューブを備える、スパイラル形濾過カートリッジが提供されている。膜シートはＶ字形であり、供給スペーサはＶ字形の膜の内部に配置されている一方、浸透スペーサは、Ｖ字形の膜の外側に配置されている。供給スペーサは、Ｖ字形膜内への供給流体の通過を促進し、浸透スペーサは、Ｖ字形膜の外部から中央に配置された回収用導管の壁面を通る孔への透過液の流れを促進する。供給液は、スパイラル形膜カートリッジを軸方向に通過し、残留液は、供給液が導入されたのと反対側の端部から回収される。濾過カートリッジは、使用中カートリッジに機械的な強度を提供する円筒形の形状のハウジング内で保持されている。
【０００３】
残留液によるカートリッジの目詰まりによって生じる使用中のバクテリア成長を防止するために、ハウジングとカートリッジの外部表面の間の空間内に供給流体の制御されたバイパスを提供することが提案されている。米国特許第４，３０１，０１３号は、所望のバイパス流を提供するようにカートリッジとハウジングの間のハウジング空間内でのきつく嵌合するオープンメッシュの使用を開示している。また米国特許第４，５４８，７１４号では、カートリッジの周囲に流体の流れを供給するように、カートリッジを一枚の供給スペーサで包むことが提案されている。また米国特許第４，９０６，３７２号によれば、カートリッジをハウジングから分離し、供給液バイパスを提供するように、ハウジング内で継ぎ目のない多孔性剛性スリーブを使用することが提案されている。これらのカートリッジは、特に、ハウジング内でカートリッジを交換することが望まれるとき、その現場での使用を許すような必要公差で作成することが困難である。すなわち、これらのカートリッジおよびハウジング構造は、各カートリッジ−ハウジング構造のサイズおよび形状が様々であるため、現場で交換することが困難である。
【０００４】
また、円筒形のハウジング内に配置された円筒形のチューブ内にスパイラル形濾過カートリッジを有する濾過カートリッジ構造を提供することが、米国特許第５，１２８，０３７号で提案されている。チューブとハウジングの間の空間は、円筒形のチューブに取り付けられたエンドプレートに固定された山形の形状の可撓性のシールで密封されている。円筒形のチューブとハウジングの間の流体の流れを許し、それによってチューブとハウジングの間の空間でのバクテリアの成長を防止するために、エンドプレート内に孔が設けられている。山形のシールを固定するためのエンドプレートのこのような使用は、エンドプレートが高価であり、密封が、時間のかかり、高価な装置を必要とする超音波溶接によって通常行われるため、望ましくない。別法として、接着剤または埋め込み用樹脂を、山型のシールを密封するために使用することができるが、しかし、これらは、透過液と混合することがある望ましくない抽出物の源となり得るため、望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、使用中構造を清浄に維持するための制御された供給流バイパス手段を提供する濾過カートリッジ構造を提供することが望ましい。必要に応じたカートリッジの交換を可能にするための、現場で容易に使用されることができる濾過カートリッジ構造を提供することも望ましい。エンドキャップまたは接着剤の必要なく、所要のシールを正確に配置することができる、このような構造を提供することもまた望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スパイラル形濾過カートリッジが、円筒形ソリッドハウジング内に配置された剛性の円筒形の外側ソリッドチューブ内に配置されているスパイラル形濾過カートリッジ構造を提供する。シール構造が、濾過される流体をスパイラル形濾過カートリッジ内へ方向付け、チューブとハウジングの間の空間内に制御された流体の流れを提供するために設けられている。シールは、可撓性の保持リングによってチューブ上の定位置に保持された山形形状の可撓性部材からなり、可撓性の保持リングは、山形のシールの１つの脚部に嵌合する。シールは、チューブとハウジングの間の空間内へ流体供給の一部を方向付ける小さな孔群を備える。
【０００７】
本発明の密封構造は、接着剤または埋め込み用組成物の使用に対する実質的な利点を提供し、このような利点には、組成物の完全な硬化のために約２〜３日待機するのではなく即時に完全に設置されることができるということが含まれる。また、接着剤または埋め込み用組成物は、時間とともに劣化し、抽出物を作成し、シールの効率を低下させる。さらに、本発明の密封構造は、特定の接着組成物に限定されず、それによって、密封構造を形成するための多種多様な材料の使用が許される。最後に、本発明の密封構造は、時間とともに顕著には劣化しないため、従来技術の密封構造よりもロバストである。
【０００８】
濾過カートリッジは、複数のＶ字形の濾過膜の１つ、多孔性供給スクリーン、多孔性透過スクリーンを、透過スクリーンと選択的に流体連絡している孔を有する中央チューブの周りにらせん状に巻くことによって形成される。濾過カートリッジは、透過スクリーンや供給スクリーンなどの流体透過性の層で、その全外部表面の周囲を包むことができ、外側チューブ内にしっかりと嵌合する。外側チューブは、ハウジング内に嵌合する。外側チューブの一方の端部は、残留液回収手段を備える。一方または他方の端部は、透過液回収手段を備える。外側チューブおよび流体供給手段は、制御された製造環境で外側チューブに嵌入するカートリッジ装置の部分の構造を可能とし、装置のこの部分のサイズおよび形状を容易に制御することができる。このことは、さらに、容易な現場でのカートリッジ交換を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、本発明のスパイラル形装置１０（外側ハウジングおよび流体供給手段を除く）は、装置１０からの透過液を回収するための出口１４および出口１６を有するチューブ１２を備える。任意選択で、出口１４または１６は、透過液が出口１４または１６のみから回収されることができるように遮蔽されることができる。スパイラル形濾過カートリッジ１８は、本明細書で以下に説明する図２に示す要素から構成されている。スパイラル状に巻かれた部分１８は、残留液と透過液が混合することを防止する働きをする軸方向シール２０を備える。エンドプレート２４が、周縁部２８の周囲で剛性の外側ソリッドチューブ２６に対して、およびエンドプレート２４の内周３０で出口１６の周縁部に対して密封されている。エンドプレート２４は、本発明では使用する必要はない。出口３２は、中央チューブ１２および透過液回収導管３４と流体的に連絡している。残留液は、エンドプレート２４の出口孔３６を通ってスパイラルカートリッジ１８のらせん状表面３３から流出し、回収される。カートリッジ１８は、スパイラルカートリッジ１８と外側チューブ２６の間に多孔性スペーシングを提供することができるように、透過スクリーン４２に包囲されている。必要に応じて、カートリッジは、供給スクリーン４０によって、または円筒形スクリーンなどの多孔性スクリーンによって包囲されることができる。しかし、透過スクリーン４２のほうが、流れを、従って廃棄物を減少させる供給スクリーン４０よりも通常密度が高いため、カートリッジ１８の外部表面を包囲するために透過スクリーン４２を使用することが好ましい。また、透過スクリーン４２は、中央チューブ１２に、およびスクリーンの漏れを低減または除去する端部接着剤２０に取り付けられる。端部接着剤２０は、スクリーン４０内の供給流体が、カートリッジ内で作成された透過液と混合することを防止する。脚部４３および５０を有する山形シール３９が設けられ、シール３９の脚部４３をスロット４５内に配置する可撓性のリング４１によって外側チューブ２６上で保持されている。リング４１はスロット４７内に配置され、それによりチューブ２６の外部表面４９に対してシール３９を保持する。シール３９は、供給流の一部が濾過カートリッジ１８を迂回することを許す孔５１を備える。
【００１０】
図２を参照すると、巻かれていないカートリッジ１８が図示されており、複数のＶ字形の膜３８によって包囲された中央チューブ１２を示している。供給スクリーン４０が膜３８内に配置され、透過スクリーン４２が、膜３８の外側に配置されている。流体供給手段に隣接するカートリッジの端部の透過スクリーン４２の横方向縁部が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第３，９６６，６１６号で開示されたように、透過スクリーン４２に供給流体が入るのを防止することができるように隣接する膜３８に対して密封されている。Ｖ字形の膜は、限外濾過膜、逆浸透膜または微細孔膜などのいかなる流体透過性の膜であってもよい。膜３８およびスクリーン４０および４２は、図２に示す延ばされた透過スクリーン４２を備えるカートリッジ１８の外側ラッピングとともに中央チューブ１２の周りにらせん状に巻かれる。しかし、外側ラッピングは、複数の重なり合う透過スクリーンまたは供給スクリーンから形成されることができ、必要に応じて厚みにおいて２以上のスクリーンであってもよい。透過スクリーン４２は、中央チューブ１２に取り付けられる。カートリッジ１８は、供給流体が透過スクリーン４２の作動部分に入るのを防止するように接着剤２０によって軸方向に密封される。透過スクリーン４２の外側ラップは、供給流体がそれに入り、スパイラルカートリッジ１８の外部表面と外側チューブ２６の内部表面との間の空間を清浄化するための手段を提供する。透過スクリーン４２は通常、ポリプロピレンまたはポリエステルなどの織物またはトリコットなどの編物製である。供給スクリーン４０は通常、ポリプロピレンやポリエチレンの押出し加工された網体または織物である。使用中、供給流体は、カートリッジ１８のスパイラルに巻かれた１つの表面で供給スクリーン４０に入る。透過液は、膜３８を通って透過スクリーン４２内へ通過し、孔４４を通ってチューブ１２から外に出て回収導管３４を通る。製造中、スパイラルカートリッジ１８は、チューブ２６内へ挿入される。ソリッドチューブ２６が、円筒形のハウジング内で容易に交換されることができるように、カートリッジ１８に一定のサイズおよび形状を提供する。
【００１１】
図３および４を参照すると、山形シール３９は、供給流に外側チューブ２６とハウジング５６の間の空間５４内への流体的な連絡を提供する複数の周縁孔５１を備える（図４参照）。中央孔１４が、カートリッジ１８内部で作成された透過液の排出口を提供する。孔５１のサイズおよび数が、バイパス流の速度を制御する。可撓性の保持リング４１が、チューブ２６の周縁スロット４７の周縁および内部に配置されている。入ってくる流体供給の圧力下で、山形シール３９の脚部５０が、流体流を濾過カートリッジ１８内へ向け、孔５１を通って方向付けられるもの以外のバイパス流を防止するように、ハウジング５６の内部表面を密封する。山形シール３９が、空間５４内の流体流が正確に制御されるように、孔５１を通る以外の流れを防止する。空間５４内の流体流は、空間５４内の目詰まりおよびバクテリアの成長を防止する。
【００１２】
図４に示すように、流体供給は、導管６０を通って、マニホルド６２内およびカートリッジ１８内へ通過する。カートリッジ１８内で作成された透過液は、内側チューブ１２の孔４４および透過液出口導管３４および６８を通過する。残留液は、カートリッジ１８からエンドプレート２４内の孔３６を通り、残留液導管７０から出る。エンドプレート２４は、表面８０および８２で外側チューブ２６および内側チューブ１２と接合されている。エンドプレート２４は、本発明の装置では必要とされない。また、バイパス孔５１を備える山形シール３９が、必要に応じてエンドプレート２４と交換するためにカートリッジ１８の残留液側の端部に配置されることができる。一体構造を、剛性の外側ソリッドチューブ２６、カートリッジ１８およびエンドプレート４５を備える別の一体構造と交換することを望むとき、クランプ７２および７４が解放され、一体構造が、円筒形のハウジング５６内で別の一体構造と交換される。上記で説明したように、排出口１４または排出口３２は、透過液が２つの出口ではなく１つの出口から回収されることができるように密封されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】流体供給手段カートリッジのない、本発明のカートリッジ装置の部分断面図である。
【図２】らせん状に巻かれる前の本発明で有用な濾過カートリッジの横断面図である。
【図３】図４のシールの部分断面図である。
【図４】本発明の装置の断面図である。
【図５】 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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