(57)【要約】  濾過システムのスパイラル型膜エレメントをシールするために使用することの可能な、軸方向面シールが記載されている。スパイラル型膜エレメントにかぶせるための第１のシール板と、隣接するスパイラル型膜エレメントの第２のシール板の対応する表面とを係合することで、シールは形成される。第１及び第２のシール板のそれらの面は、相補的な形状を有する。これにより、スパイラル型膜エレメントが隣接するスパイラル型膜エレメントとカップリングするときに、シール板が、相互噛み合い接触する。相互噛み合い接触は、スパイラル型膜エレメントの内側から外側へ向かう蛇行流路を形成する。これにより、スパイラル型膜エレメントが、隣接するスパイラル型膜エレメントとのカップリングポイントでシールされる。隣接するスパイラル型膜エレメントどうしは、ラッチ機構によってカップリングすることができる。このラッチ機構は、円筒ハウジング内に挿入される前に、係合される。
2013507242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過システムのスパイラル型膜エレメントをシールするように機能するシール板であって、
中心チャネルの周囲に支持され、この中心チャネルと第２のチャネルとの間に位置する第２のチャネルを画定するリムを備え、
前記リムは、前記中心チャネルの軸に垂直な面と実質的に合うように位置する軸方向面を有しており、
前記軸方向面の一部がテクスチャを有し、このテクスチャは、第２のシール板の対応する軸方向面の一部のテクスチャパターンに対して相補的なパターンを有し、
前記シール板及び前記第２のシール板の前記軸方向面の前記テクスチャは、前記シール板の接触時に相互に噛み合うように形成され、
前記相互に噛み合うテクスチャは、前記リムの外側の空間及び前記第２のチャネル内の流体に蛇行経路を形成しているシール板。
【請求項２】
前記シール板及び前記第２のシール板における前記軸方向面の前記テクスチャは、前記シール板及び前記第２のシール板の軸方向面に沿って半径方向に延びる相補的なパターンを備える請求項１のシール板。
【請求項３】
前記相補的なパターンが、略正方形の段付きパターンを備える請求項２のシール板。
【請求項４】
前記相補的なパターンが、ｖ字型形状パターンを備える請求項２のシール板。
【請求項５】
前記相補的なパターンが、谷部と台形の山部とを備える請求項２のシール板。
【請求項６】
前記相補的なパターンが、前記シール板と前記第２のシール板との位置合わせを容易にする位置決め構造を含む請求項２のシール板。
【請求項７】
前記リムの外周に位置する複数の半径方向面を更に備え、これらの半径方向面は、前記シール板を円筒状の筐体内の中心に配するように形成されている請求項１のシール板。
【請求項８】
前記シール板は、前記スパイラル型膜エレメントの流入端に結合されており、前記第２のチャネルを介して導入される流体の一部が、前記スパイラル型膜エレメントによって濾過されて前記中心チャネルへ導かれる請求項１のシール板。
【請求項９】
前記シール板を前記第２のシール板と緊密に接触した状態に維持するように機能するラッチを更に備え、このラッチの一部が、前記リムの半径方向外面に設けられている請求項８のシール板。
【請求項１０】
前記ラッチは、前記リムの前記半径方向外面に固定されているとともに、前記第２のシール板の対応する半径方向外面に設けられる受け入れ溝と係合するように形成された爪を備える請求項９のシール板。
【請求項１１】
前記ラッチは、スペーサーとして機能し、このスペーサーが、前記スパイラル型膜エレメントを取り囲む円筒ハウジングと実質的に同軸に位置合わせされる状態に、前記シール板を維持するように形成されている請求項１０のシール板。
【請求項１２】
本体部から濾液を収集する収集チャネルを取り囲む円筒濾過本体部と、
前記本体部の両端に結合される一対のシール板と
を備え、
各シール板は、
環状のリムの軸に垂直な面と一致する軸方向面を有する、環状リムと、
前記軸方向面の一部を取り囲むように設けられているとともに、前記シール板の接触時に他のシール板の対応するテクスチャ帯と相互に噛み合うように構成されるテクスチャ帯と
を備え、
前記相互に噛み合うテクスチャ帯は、前記リムの外側の空間から前記本体部を実質的にシールするラビリンスシールを形成している濾過エレメント。
【請求項１３】
各シール板の前記テクスチャ帯は、他のシール板に設けられる相補的なテクスチャパターンと嵌合するように形成されるテクスチャパターンを有する部分を含む請求項１２の濾過エレメント。
【請求項１４】
各シール板の前記テクスチャ帯は、相補パターン対を有する複数の領域を画定し、
この相補パターン対は、各シール板と対向するシール板とが互いに所定の位置合わせ状態となるときに、各シール板の前記テクスチャ帯が隣接する濾過エレメント上の対向するシール板のテクスチャ帯と噛み合うように配置されている請求項１２の濾過エレメント。
【請求項１５】
１つの相補的なパターン対が、長方形の凹部を備える第１のパターンと、この長方形の凹部に嵌合するように形成される隆起した台形領域を備える第２のパターンとを有する請求項１４のシステム。
【請求項１６】
筐体と、
この筐体内で端部どうしが接続されている複数の濾過エレメントと、
を備え、
各濾過エレメントは、
本体部から濾液を収集する収集チャネルを取り囲む円筒濾過本体部と、
前記本体部の異なる端部に結合される一対のシール板と、
を備え、
各シール板が前記収集チャネルと同軸のリムを有しており、このリムは、前記各シール板の軸に垂直な面と実質的に合うように位置する軸方向面を有しており、
前記一対のシール板のそれぞれの面に、パターン化されたテクスチャが形成されており、
これらのパターン化されたテクスチャは、相補的であるとともに、前記シール板の接触時に互いに噛み合うように形成され、これにより、前記リムの外側の空間への前記本体部内の濾過されていない流体の流れを実質的にシールする蛇行経路を形成している濾過システム。
【請求項１７】
前記パターン化されたテクスチャは、前記シール板の軸方向面に沿って半径方向に延びている、請求項１６のシステム。
【請求項１８】
前記各シール板のパターン化されたテクスチャは、２つの相補的なパターンを含んでおり、これらの相補的なパターンは、前記一対のシール板が所望の位置合わせ状態にあるときに、２つのパターンのそれぞれの位置が、他方のシール板上の相補パターンの位置と合うように、前記各シール板上に対称的に配置されている請求項１７の濾過エレメント。
【請求項１９】
前記パターンが、段付きパターン及びｖ字型形状パターンのうちの１つ以上を備える請求項１８のシステム。
【請求項２０】
前記パターンが、長方形パターン及び台形パターンのうちの１つ以上を備える請求項１８のシステム。
【請求項２１】
前記相補的なパターンは、隣接するシール板の前記所望の位置合わせを容易にする位置決め構造を備える請求項１８のシステム。
【請求項２２】
前記リムの外周に位置する複数の半径方向面を更に備え、これらの半径方向面が、前記シール板を前記筐体内の中心に配する請求項１５のシステム。
【請求項２３】
隣接する濾過エレメントを互いに緊密に接触した状態に維持するように機能するラッチを更に備え、このラッチが隣接する１つ以上のシール板に具現化されている請求項１５のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「Ａｘｉａｌ  Ｌａｂｙｒｉｎｔｈ  Ｓｅａｌ  ｆｏｒ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題される２００９年１０月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／２５０，７６５号、「Ｒａｄｉａｌ  Ｓｐｌｉｔ  Ｒｉｎｇ  Ｓｅａｌ  Ｆｏｒ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題される２００９年１０月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／２５０，７７１号、及び、「Ａｘｉａｌ  Ｌａｂｙｒｉｎｔｈ  Ｓｅａｌ  Ｆｏｒ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題される２０１０年１０月１２日に出願された米国特許出願第１２／９０２，４７７号の優先権を主張する。これらの出願は、全ての目的で、参照により明確に本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に膜濾過システムに関し、特に、濾過システムのスパイラル型膜エレメントで使用されるシールに関する。
【背景技術】
【０００３】
特定のタイプの濾過システムは、化学的な汚染物や有機体を水から除去するために使用される。この濾過システムは、筐体内でシールされる１つ以上の濾過エレメントを備える。筐体は、例えば、小型缶、ドラム缶、及び／又は、パイプである。特に、大規模な水処理に使用される濾過システムは、一連のエレメントを含むことができる。これらのエレメントは、パイプ状の構造体内で互いに接続されており、汚水又は不純水の流れる方向を、フィルタ材を介して、流出パイプ又は流出チャネルに向ける。図１に示されている例では、スパイラル型膜濾過システムの濾過エレメント１０が、スパイラル状に巻回されている膜構造を備えている。図１では、透過水流路シート１００が、封筒状の膜濾過シート１０２内に積層されている。また、隣接する層は、原水スペーサー１０１によって分離されている。これらの層は、流入物の漏れを防止するため、及び、ある程度の機械的な安定性及び強度を濾過エレメント１０に与えるために、一般に、硬質のシェル又はラッピング内に封入される。スパイラル型膜濾過エレメント１０などの濾過エレメントは、一般に、略円筒形状に形成される。また（図２Ａに示されるように）、１つ以上の濾過エレメント１０及び１０’を、それらの端部どうしを接続した状態で、ハウジング２１内に組み込むことができる。流入流体１５は、入口から、加圧下で、システムの端部に導入される。そして、流入流体１５は、濾過エレメント１０の一端１５に入り、膜１０２を通過する。そして、流入流体１５は、一般的には中心パイプ又はチャネル１３から抜け出る透過流体１４又は膜濾過装置から出る濃縮流体１６として排出される。中心パイプは、一般に筐体２１と同軸である。中心パイプは、透過物１４を収集できるように、膜１０２とカップリング又は接続されている。透過物１４は、システムの両方向から取り出されることができる。
【０００４】
これらの濾過エレメントは、膜フィルタとして機能する。従来のバッチ式の濾過システムとは異なり、上記の濾過システムは、連続定常プロセスとして機能する。したがって、原水流体１５内の全ての物質は、２つの流出流体１４及び１６となって濾過装置から出る、全ての物質の総和にほぼ等しい。このようなシステムは、飲料水を供給する用途、汚水及び／又は雨水を浄化若しくは処理する用途、泥から水を抽出する用途、及び／又は、海水などの水を脱塩する用途、に使用することができる。これらの用途では、低濃度の透過流体１４が、システムの主要生成物となる。逆に、貴重な溶質を回収又は濃縮する場合、濃縮流体１６によって主要生成物を得ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スパイラル型膜エレメント１０は、有用な分離用途では、平膜である逆浸透膜１０２をパッケージングする手段として使用される。これらのエレメントは、一般に、図２Ａに示されるように、端部どうしを接続した状態で、円筒ハウジング２１内に装填される。プロセス原水フロー１５は、ハウジングの一端から導入され、エレメント１０を介して軸方向１４０に流れる。この場合、その一部１４１は、フィルタ媒体１０２を通過して、中心収集チャネル又はパイプシステム１３に向かい、そこから流出物１４として供給される。濃縮残留物１６は、第１のエレメント１０から第２のエレメント１０’等に向かって取り出される。システムから取り出された濃縮物１６は、システムの形態及び機能に基づいて、外部で処理されること、及び／又は、システムを介してリサイクルされることが可能である。連続したスパイラル型エレメント１０及び１０’間にはシール機構を提供することが必要である。このシール機構は、第１のエレメント１０からの濃縮流体１６を、その後のスパイラル型膜濾過エレメント１０’に、原水流体１５として送ることを保証するものである。
【０００６】
このシール機構は、シール板１１（図２Ｂに更に詳しく示される）を使用することによって、実現することができる。このシール板１１は、各スパイラル型エレメント１０及び１０’の各端部に取り付けられている。従来のシステムでは、シール板１１の外縁に位置する溝２０１内に、弾性シールが配置されている。これは、エレメント１０又は１０’とハウジング又はベッセル２１との間の空間内に、流体が逃げることを防止するためである。連続する中心チャネル１３を接続するカップリング２０２も、一般に、弾性シールによってシールされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特定の態様に係るシステム及び方法は、濾過システムのスパイラル型膜エレメントをシールするために使用されてもよい。シールは、スパイラル型膜エレメントにかぶすための第１のシール板を使用することによって形成できる。更に、このシールは、実質的に平坦な対向面を有する。この対向面は、隣接するスパイラル型膜エレメントの第２のシール板の対応する表面と係合するように形成されている。第１及び第２のシール板のこれらの面は、相補的な形状を有している。これにより、一般に、スパイラル型膜エレメントが、それに隣接するスパイラル型膜エレメントにカップリングされるときに、シール板の相互噛み合い接触が実現する。相互噛み合い接触により、スパイラル型膜エレメントの内側から外側へ向かう、蛇行流路が形成される。これにより、スパイラル型膜エレメントが、それに隣接するスパイラル型膜エレメントとのカップリングポイントでシールされる。シールを介することによって、フロー抵抗を増大させることができる。このため、蛇行経路を更にラビリンス状にすることにより、動作時にシールによって許容される漏れの度合いを減らすことができる。
【０００８】
したがって、相互噛み合い接触により、複数の曲部、角部、段部などを有する経路を形成してもよい。例えば、相互噛み合い接触は、スパイラル型膜エレメント及びそれに隣接するスパイラル型膜エレメントの、相補的な段付き面を使用することによって形成できる。段付き形状では、１つ以上の段部に、直角の縁部が形成されてもよい。及び／又は、この段付き形状は、ｖ字型形状を有していてもよい。
【０００９】
本発明の特定の態様によれば、複数のスパイラル型膜エレメントを、円筒ハウジング内で連続的に接続できる。この場合、円筒ハウジングの供給側端が、ラジアルシールによってシールされる。このラジアルシールは、シール板の溝内に取り付けられる環状部材によって、実現することができる。
【００１０】
本発明の特定の態様によれば、本明細書中に記載されるシール板を使用することによって、スパイラル型膜エレメントを、１つ以上の隣接するスパイラル型膜エレメントにカップリングさせることができる。このカップリングは、ラッチ機構によって維持することができる。一例では、ラッチ機構は、スパイラル型膜エレメントに設けられる爪と、隣接するスパイラル型膜エレメントに設けられる受け入れ溝とを備える。ラッチ機構は、一般に、スパイラル型膜エレメント及び隣接するスパイラル型膜エレメントが円筒ハウジングに挿入される前に、係合される。ラッチ機構は、「隣り合うスパイラル型膜エレメント間のカップリングが、円筒ハウジング内で保たれている状態で、円筒ハウジングがラッチ機構の離脱を防止する」ように構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】濾過システムで使用されるスパイラル型膜濾過エレメントを示している。
【００１２】
【図２Ａ】複数の濾過エレメントを有する濾過システムを示している。
【図２Ｂ】複数の濾過エレメントを有する濾過システムを示している。
【００１３】
【図３】本発明の特定の態様に係るシール板及びシール板表面の相互噛み合い面を示している。
【００１４】
【図４】本発明の実施形態で使用されるシール板の特定の態様を示している。
【００１５】
【図５】本発明の特定の実施形態の軸方向シール形状を示している。
【００１６】
【図６Ａ】本発明の特定の態様にしたがって設けられるシール板ラッチ機構を示している。
【００１７】
【図６Ｂ】本発明の特定の実施形態におけるシール板上のスペーサーの配置を示している。
【００１８】
【図７Ａ】本発明の特定の態様に係る軸方向シール形状の例を示している。
【図７Ｂ】本発明の特定の態様に係る軸方向シール形状の例を示している。
【００１９】
【図８】本発明の特定の態様に係るシール板上に設けられるテクスチャの帯の例を示している。
【００２０】
【図９Ａ】本発明の特定の態様にしたがってテクスチャの帯に設けられる、テクスチャパターンの対称形態を示している。
【図９Ｂ】本発明の特定の態様にしたがってテクスチャの帯に設けられる、テクスチャパターンの対称形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。これらの図面は、当業者が本発明を実施できるようにするための、例示である。特に、図及び以下の例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定しようとするものではない。説明又は図示されるエレメントの一部又は全てを置き換えることによって、他の実施形態も実現できる。便宜上、同一又は同様の部分を示すために、全図面にわたって同じ参照符号を使用する。これらの実施形態の特定のエレメントを、既知の構成要素を使用することによって部分的に又は完全に実施できる場合、本発明の理解のために必要な、これらの既知の構成要素の部分だけを説明する。このような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明については、本発明を不明瞭にしないよう省略する。本明細書では、単数の構成要素を示す実施形態は、限定的に見なされるべきではない。むしろ、本発明は、本明細書中で別のことが明確に述べられていなければ、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することを意図しており、逆もまた同様である。また、出願人は、本明細書又は請求項における任意の用語について、それらが稀な又は特別な意味であると明確に記載されていなければ、そのように理解されることを意図していない。更に、本発明は、例示として本明細書中で言及される構成要素の、現在及び将来の既知の等価物を包含する。
【００２２】
本発明の特定の実施形態は、膜濾過システムで軸方向シールを与えるためのシステム、装置、及び、方法を提供する。一例では、膜濾過システムを、本発明の特定の態様にしたがって、隣接するスパイラル型エレメント対１０及び１０’がシールされるように、構成することができる。このシールには、図２Ｂに示されるシール板１１の１つ以上の表面２００上に一般に位置する、軸方向シールが使用される。本明細書中に記載される軸方向面シールは、中心チャネル１３のためのカップリング２０２を取り囲む表面上に設けられてもよい。しかし、この記述は、主として、説明を簡単にするために、シール板１１の外縁の方にある環状面２００に設けられる、軸方向面シールに関する。軸方向面シールを使用すれば、複数のエレメントを用いたシステムを構成するために必要とされるラジアルシールの数を減らすことによって、濾過システムの取り付け及びメンテナンスを容易にできる。その結果、スパイラル型エレメント１０及び１０’の取り付け及び取り外しのために必要とされる力を、大きく減らすことができる。また、本発明の特定の態様にしたがって設けられる特定のシールによれば、シール板の表面に取り付けられる弾性シールが不要となる。
【００２３】
本発明の特定の実施形態では、濾過エレメント１０及び１０’を含む、複数のスパイラル型エレメントが使用される。濾過エレメント１０及び１０’は、シール板３２によって、所望の「カラム長さ」を与えるように、直列に結合される。シール板は、隣接する濾過エレメント１０及び１０’をカップリングする。シール板は、濾過本体部に結合又は固定される。一般に、相補的なシール板対からなる板は、濾過エレメント１０の両端に固定される。濾過エレメントは、隣接する濾過エレメント１０及び１０’の相補的な端部を一致させることによって組み立てることができる。
【００２４】
スパイラル型エレメント１０及び１０’は、一般に、円筒ハウジング２１内に嵌め込まれ、ハウジング２１の内側で互いに結合される。図３は、隣接するシール板３２及び３６の対向面上の、相互噛み合い面３８及び３９を描いている。図３の例では、２つのスパイラル型エレメント１０及び１０’の各結合は、シール板３２及び３６の表面上の軸方向シールを含む。この軸方向シールは、ハウジング２１の内面と接触するラジアルシールに代わる手段である。したがって、本発明の特定の実施形態では、第１のスパイラル型エレメント１０へのプロセス原水フロー１４の入口にだけ、ラジアルシール２５を設ければよい。当然のことだが、他のラジアルシール２５が、下流側及び／又は原水フローの出口点に加えられてもよい。ラジアルシール２５は、ハウジングに導入される原水フローを、第１のスパイラル型エレメント１０の内部に向け、そこから、カラム内の他のスパイラル型エレメント（例えば、エレメント１０’）に向ける。スパイラル型エレメントは、端部どうしを接続された状態で、ハウジング２１内に配置される。スパイラル型エレメント１０及び１０’間のシールは、本発明の特定の態様にしたがって構成されるシール板３２及び３６によって、実現できる。シール板３２及び３６は、各スパイラル型エレメント１０及び１０’に取り付けられる端部板である、と考えることもできる。
【００２５】
特定の実施形態では、シールは、シール板３２及び３６の軸方向面上の相互噛み合い面３８及び３９によって実現される。相互噛み合い面３８及び３９は、蛇行流路を形成するように、構成される。この流路は、スパイラル型エレメント１０及び１０’の加圧された内部から外方に、スパイラル型エレメント１０及び１０’と円筒ハウジング２１との間の空間内に向かう流路である。蛇行流路の一例は、図４の詳細断面図４Ａ及び４Ｂに示されるように、隣接するシール板４０及び４９の接面を参照することにより、理解することができる。蛇行流路の長さ、性質及び流れ抵抗は、シール接面を形成するシール板３２及び３６の、軸方向面のテクスチャ形状によって決まる。図５は、テクスチャ形状５１〜５３の例を示している。これらは、本発明の特定の態様にしたがって、シール接面を形成するために使用される。一例では、シール接面５１は、相互噛み合い歯を備えている。この噛み合い歯は、略正方形状を有するように描かれている。言うまでもなく、歯及び歯間の隙間は、様々な形状を有していてもよい。また、縁部は、丸まっていてもよいし、所望の様々な深さ及び幅を有していてもよい。歯、山、谷の形状は、三角形、円錐、円錐台、又は他の任意の適切な形状を有するように、選択されてもよい。位置決めのために、シール板の表面上の様々なポイントで、幅、高さ及び形状を変更しもよい。位置決め構造は、組み立て中にシール板の位置合わせを助ける相補的な表面に設けられてもよく、また、位置決めのための構造は、幅、高さ及び形状を任意に組み合わせることによって形成してもよい。そのような構造は、シール板の位置合わせを容易にする及び／又は促進することができる。
【００２６】
図７Ａ及び図７Ｂは、濾過システムの組み立てる際に、表面３８及び３９を容易に係合できるような接面の例を示している。図７Ａに示す構造では、台形断面を有する突起、山部又は歯７０が、同様の台形形状を有する凹部、谷部又は窪み７２と係合している。谷部７２の上端は、山部７０の上端よりも大きい幅を有している。山部７０及び谷部７２の傾斜した側面は、シール面どうしが容易に係合すること、及び緊密な係合にスライドすること、を可能とする。図７Ｂに示す構造では、台形の山部７４が、長方形の谷部７６内に係合する。図７Ｂの構造は、係合の容易さを保ちつつ、製造の複雑さを減じることができる。しかしながら、嵌合緊密性が犠牲にされる場合もある。けれども、流体フローのための蛇行経路は残存する。また、十分な数の山部７４及び窪み７６を使用することによって、そのシール品質を、図７Ａに示される構造のシール品質に近づけられる。一例では、２つの山部７０によって、流体フローのための十分に蛇行した経路を設けることができ、これにより、適切なシールを実現することができる。これらの例では、等脚台形の形状を有する山部７０・７４及び窪み７２を示している。しかし、台形の底角は、同一である必要はない。実施形態によっては、山部７０・７４及び／又は窪み７２・７６における特定の角部に、引っかきを減らすため、丸みを付けることができる。これは、係合を容易にするため、及び、他の理由のためである。
【００２７】
図５に示される他の例では、相互噛み合い面５２は、隣接するシール板３２及び３６の軸方向面３８及び３９上の、相補的な段付きの面から形成される。この接面を通過する流体は、例えば相互噛み合い面５１よりも多い曲部を含む更にラビリンス状の経路をたどらなければならない。更に他の例では、相互噛み合い面５３には、シール板３２及び３６の自己位置合わせを可能にする、位置決め構造５４及び５５が設けられてもよい。蛇行経路は、特定の用途で生じる流体に対応するための接面を設計することにより、構成することができる。より具体的にいえば、接面設計は、作動温度、作動圧力、流量、微粒子含有量及び漏れ耐性に基づいて、選択されてもよい。他の因子としては、シール板を製造するために選択される材料、表面温度、並びに、製造制約及び組み立て制約などを挙げることができる。
【００２８】
蛇行流路が更にラビリンス状にされると、一般にシールを介する流れ抵抗が大きくなる。したがって、隣接するスパイラル型膜エレメント１０及び１０’の内側から、スパイラル型膜エレメント１０及び１０’を取り囲む空間へ向かう流れが減少する。これにより、スパイラル型膜エレメント１０及び１０’のカップリングのポイントにおけるシールが向上する。複数の曲部、角部、段部などを有する蛇行経路によって、ラビリンスが形成されてもよい。例えば、スパイラル型膜エレメント及び隣接するスパイラル型膜エレメントの相補的な歯付き及び／又は段付きの表面によって、相互噛み合い接触を形成することができる。段付き形状には、１つ以上の段部若しくは歯のための、直角の縁部が形成されてもよい。及び／又は、段付き形状が、ｖ字型形状を有していてもよい。言うまでもなく、この内側から外側への流れ又は「漏れ」がゼロである必要はない。実際に、蛇行経路内及び／又はエレメント１０及び１０’を取り囲む空間内での淀みを防止するため、また、始動動作中に空気を除去できるようにするためには、多くの場合、この流れが、何らかの最小値を有することが望ましい。従来のシステムでは、そのような流出を達成するために、「シールエレメント自体の周囲に制御された流路を形成するための、穴又は溝などの構造」を、シール板に設けている。本発明の特定の実施形態では、相互噛み合い接触面３８及び３９によって形成される蛇行経路の構造によって、漏れを制御する。
【００２９】
一般に、本発明によって可能となる流体フロー形態では、シール板１１の軸方向面２００に弾性シール材料を使用することの必要性を、排除又は小さくすることができる。更に、ハウジング２１内の各構成エレメントに必要となるラジアルシール２５の数を、一般に減少させる。ほとんどの従来の濾過システムは、１つのハウジング２１内に、８個ほどの個別のエレメントを含む。また、各エレメントに対応する数のラジアルシール２５が加えられる。筐体２１の壁と直接に接触するシール２５の減少により、濾過システム内の抵抗力をかなり減らすことができる。また、軸方向シール２５のかなりの部分を除去することにより、スパイラル型エレメント１０及び１０’の取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。具体的には、シール板１１がハウジング２１の軸に沿ういずれの方向にも容易に移動できるようになる態様で、入口ラジアルシール２５を設けることができる。これにより、スパイラル型膜濾過システム内の濾過エレメント１０の取り付け及びメンテナンスが容易になる。これらの利点は、筐体２１及びスパイラル型エレメント１０の直径が大きくなるにつれて大きくなる。
【００３０】
図４を再び参照すると、特定の実施形態では、低い装填抵抗力が維持されているとともに、隆起面が、シール板４０の外周に備えられている。この隆起面によって、スパイラル型濾過エレメント１０が、筐体２１内の中心に配置される。図示の例では、シール板４０は、シール板４０の外側ハブ面上に隆起同心面４４（５個が示されている）を備える。これらの隆起面４４は、ハウジング２１の内面４２と密に嵌合するように、十分に隆起されていてもよい。これにより、スパイラル型エレメントの中心軸の位置が、ハウジングの中心線に、実質的に合致する。円筒ハウジング２１とシール板４０とを有する実施形態では、隆起面４４によって、ハウジング２１とシール板４０との位置を、ほぼ同軸上に合わせられた状態に保つことができる。隆起面４４とハウジング２１の壁４２との表面接触域は、一般に、特にハウジング２１に対するスパイラル型エレメント１０の挿入及び取り出し中における摩擦抵抗を減らすように、制限される。また、隆起面４４の数を制限してもよい。しかし、一般に、エレメントが適切に中心に配されるようにするために、少なくとも３つの隆起面４４が設けられる。
【００３１】
特定の実施形態では、シール板４０及び４９は、選択的に、互いに隣接するスパイラル型エレメント１０及び１０’を緊密な接触状態に維持するために、ロック機構又はラッチ機構を備えている。これにより、シール板４０及び４９間のラビリンス状の接面によって形成されるシールが、最適化される。図４の断面４Ａは、係止されている一対のスパイラル型エレメント４０及び４９の断面図である。また、図面の断面４Ｂは、係止されていないスパイラル型エレメント４０及び４９の断面を示している。図４Ａに示されるエレメント間ラッチ機構は、シール板４０、４９上／内に設けられてもよい。これにより、始動状態中に、互いに対してシフトできるスパイラル型エレメント１０及び１０’の能力が制限される。このようなシフトは、破損、及び／又は、濾過エレメント１０及び１０’の中心本体部を接続する内部シールに伴う他の問題をもたらす可能性がある。
【００３２】
一実施形態では、シール板４９は、シール板４９の外面上又はその近傍に、ラッチ、爪、フック又は他の拡張部４７を備えている。一方、シール板４０は、シール板４０の外面上又はその近傍に受け入れ凹部、穴、又は、他のキャッチ４７０を備える。シール板４０及び４９の対が接合されるとき、ラッチエレメント４７及び４７０の位置を合わせするため、及び／又は、隆起面４４を位置合わせして方向付けるために、シール板４０又は４９の一方を回転させることができる。図４に示される例では、ラッチ爪４７が受け入れ溝４７０内に嵌り込む。実施形態によっては、別のラッチエレメント（図示せず）又はラッチ爪４７が、隆起面４７１上を乗り越えて隆起面４７１の裏面に係止されるように形成されてもよい。ラッチ機構４６は、一般に、ハウジング２１の周囲壁４２の介入を伴うことなく、自動的に作用する。また、スパイラル型エレメント１０及び１０’は、ハウジング２１内への挿入前に互いに結合させることができる。ラッチ機構は、ハウジング２１内に挿入されると、ハウジングの壁の近傍によって所定位置にロックされる。ロック機構は、エレメント１０及び１０’の結合対を、ハウジングの外側に移動させて機構を離脱させることにより、外すことができる。例えば、ブレード又は工具を使用してロック爪の背後のスロットに外向きの力を与えることにより、ラッチ拡張部を溝状の凹部４７０から引き起こすことができる。多数の別のラッチ機構が当該技術分野において知られており、これらの機構を適宜に又は必要に応じて使用できる。
【００３３】
図８は、本発明の特定の態様に係るシール板１１の一部を示す詳細図である。簡略化された例では、シール板８０の軸方向面８２の周囲に、テクスチャ帯８４が設けられる。軸方向面８２は、シール板１１のリムに設けられてもよく（図１参照）、一般的にはシール板１１の軸に垂直な面と一致して形成される。テクスチャ帯８４は、成型、機械加工、彫刻、スタンピング加工、印刷、焼印、カッティング（レーザーカッティングを含む）、エッチング、軸方向面８２に帯状の接面材料を結合することによって、又は、シール板１１を製造するために使用される材料に適した任意の他の手段によって、軸方向面８２に形成されてもよい。テクスチャ帯は、一般に、隣接する濾過エレメントの他のシール板１１上の相補的なパターンと相互に噛み合うパターンを備える。隣り合う濾過エレメントは、それらのそれぞれのシール板の位置を合わせるとともにシール板１１のテクスチャ帯８４が相互に噛み合うまでシール板１１の対間の隙間を閉じることにより、カップリング及び／又はシールすることができる。本明細書中に記載されるように、特定のパターン及び形状は、対向するシール板１１の位置合わせを補助することができる。テクスチャ帯は、軸方向面８２の一部又は全てにわたって延ばすことができる。
【００３４】
図９Ａは、シール板９１に設けられる相補的なパターンの配置例を示している。パターンは、一種類のシール板が濾過エレメントのいずれかの端部を成すことができるように、配置されてもよい。本明細書中に記載されるように、シール板９１の軸方向面に設けられる相補的なパターンが、位置合わせされて噛み合うときに、緊密なシールを形成することができる。パターンは、例えば、台形山部の位置が台形谷部の位置と合うときに噛み合う。特定の実施形態は、互いに相補的なパターンを有するシール板９１対を使用する。特定の実施形態では、相補的なパターン対がシールリング９１の軸方向面上に対称的に配置される。この場合、相補的なパターンが軸方向面全体にわたって位置合わせするまでシール板を回転させることにより、それ自体の同一のコピーと対を成すことができる単一の雌雄同体のシール板が形成される。図９Ａに示す基本的な例では、軸方向面の半分９０に第１のパターンが設けられており、第１のパターンと相補的な第２のパターンが、シール板９１の軸方向面の他の半分９２に設けられている。図９Ｂに示す他の例では、リム９５と中心チャネル９５０との間に、６個のチャネル９５１〜９５６が設けられる（構成要素９６などのスポーク、支持体、又は、スタンドオフによって規定される）。この例では、チャネル９５１〜９５６の１つの中心と一致するように遷移が起こるように、２つのパターンが、軸方向面の周囲に交互に配置される。この例では、第１のパターン９００、９０２、９０４と相補的なパターン９２０、９２２、９２４とが交互に並ぶ。この例では、適切に配置されれば、３つの異なるパターン及びそれらの相補パターンを使用することができる。特定の実施形態は、チャネル９５１〜９５６、スタンドオフ９６、及び、ラッチ又はスペーサー４４、並びに、他の構造の位置合わせを確保するために、そのような構造の指標付け機能をうまく利用する。指標付けは、スペーサー４４及び他の構造をオフセットするために使用することもできる。
本発明の特定の態様の付加的な説明
【００３５】
本発明の以上の説明は、例示的なものであり、限定することを意図したものではない。例えば、当業者であれば分かるように、前述した機能性及び性能の様々な組み合わせを用いて本発明を実施できる。また、本発明の構成要素は、前述した構成要素よりも少なくてもよいし、又は、更に付加的な構成要素を含んでいてもよい。例えば、前述したシールは、中空ファイバや管状体などを備えるフィルタエレメントを使用するシステムを含む、様々な濾過システムで使用できる。以下に、本発明の特定の更なる態様及び特徴について更に説明する。これらは、本開示により教示された後に当業者が分かるように、先に詳しく説明した機能性及び構成要素を使用することによって得ることができる。
【００３６】
本発明の特定の実施形態は、濾過システムのスパイラル型膜エレメントをシールするためのシステム及び方法を提供する。これらの実施形態のなかには、実質的に平坦な対向面を有するシールを備えるものもある。このシールは、スパイラル型膜エレメントにかぶすための第１のシール板によって形成される。また、このシールは、隣接するスパイラル型膜エレメントの第２のシール板の対応する表面と係合するように形成される。実施形態によっては、第１及び第２のシール板のこれらの面は、相補的な形状を有する。これにより、スパイラル型膜エレメントが隣接するスパイラル型膜エレメントにカップリングされるときに、シール板の相互噛み合い接触が実現される。実施形態によって、相互噛み合い接触は、スパイラル型膜エレメントの内側から外側へ向かう蛇行流路を形成する。これにより、スパイラル型膜エレメントが、隣接するスパイラル型膜エレメントとのカップリングポイントでシールされる。
【００３７】
実施形態によっては、相互噛み合い接触は、スパイラル型膜エレメント及び隣接するスパイラル型膜エレメントの、相補的な段付き面によって形成される。実施形態によっては、その構造がｖ字型形状を有する。実施形態によっては、構造が段付きであり、各段部には直角縁部が形成される。実施形態によっては、複数のスパイラル型膜エレメントが、円筒ハウジング内で切れ目なく接続される。実施形態によっては、円筒ハウジングの端部が、ラジアルシールでシールされる。実施形態によっては、シール板の溝内に取り付けられる環状エレメントによるラジアルシールが設けられる。実施形態によっては、スパイラル型膜エレメントが、隣接するスパイラル型膜エレメントにカップリングされ、そのカップリングは、ラッチ機構によって維持される。実施形態によっては、ラッチ機構は、スパイラル型膜エレメントに設けられる爪と、隣接するスパイラル型膜エレメントに設けられる受け入れ溝とを備える。実施形態によっては、ラッチ機構は、スパイラル型膜エレメントと隣接するスパイラル型膜エレメントとが、円筒ハウジング内に挿入される前に係合される。実施形態によっては、円筒ハウジングは、スパイラル型膜エレメント及び隣接するスパイラル型膜エレメントが、円筒ハウジング内にとどまる間、ラッチ機構の離脱を防止する。
【００３８】
本発明の特定の実施形態は、濾過システムのスパイラル型膜エレメントをシールするように機能するシール板を提供する。特定の実施形態では、シール板は、濾過エレメントの雌雄同体のシールを形成する。これらの特定の実施形態は、リムを備える。このリムは、中心チャネルの周囲に支持されている。また、このリムは、中心チャネルと第２のチャネルとの間に位置する第２のチャネルを画定する。特定の実施形態では、リムは、中心チャネルの軸に垂直な面の位置とほぼ合わせられる軸方向面を有する。特定の実施形態では、軸方向面の一部が、テクスチャを有する。特定の実施形態では、テクスチャは、第２のシール板の対応する軸方向面の一部のテクスチャに対して相補的なパターンを有する。特定の実施形態では、シール板及び第２のシール板の軸方向面のテクスチャが、シール板の接触時に相互に噛み合うように形成される。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、リムの外側の空間及び第２のチャネル内の流体間に、蛇行経路を形成する。特定の実施形態では、シール板及び第２のシール板の軸方向面のテクスチャが、シール板及び第２のシール板の軸方向面に沿って半径方向に延びる相補的なパターンを備える。特定の実施形態では、相補的なパターンが、略正方形の段付きパターンを備える。特定の実施形態では、相補的なパターンがｖ字型形状パターンを備える。特定の実施形態では、相補的パターンが、谷部及び台形山部を備える。特定の実施形態では、相補的なパターンは、位置決め構造を含む。この構造は、シール板と第２のシール板との位置合わせを容易にするように形成される。
【００３９】
これらの特定の実施形態は、リムの外周に位置する複数の半径方向面を備える。特定の実施形態では、半径方向面が、シール板を円筒ハウジング内の中心に配するように、形成される。特定の実施形態では、シール板は、スパイラル型膜エレメントの流入端に結合される。これにより、第２のチャネルを介して導入される流体の一部が、スパイラル型膜エレメントによって濾過されて、そこから中心チャネルに導かれる。これらの特定の実施形態は、ラッチを備える。このラッチは、シール板を第２のシール板と緊密に接触した状態に維持するように機能する。特定の実施形態では、ラッチの一部が、リムの半径方向外面に設けられる。特定の実施形態では、ラッチは、リムの半径方向外面に固定される。更に、ラッチは、爪を備える。この爪は、第２のシール板の対応する半径方向外面に設けられる受け入れ溝と係合するように形成される特定の実施形態では、ラッチは、スペーサーとして作用する。このスペーサーは、「スパイラル型膜エレメントを取り囲む円筒ハウジングとほぼ同軸となるように位置合わせされる状態に、シール板を維持する」ように形成される。
【００４０】
本発明の特定の実施形態は、濾過エレメントを提供する。これらの特定の実施形態は、本体部から濾液を収集する収集チャネルを取り囲む円筒濾過本体部を備える。これらの特定の実施形態は、本体部の両端に結合される一対のシール板を備える。特定の実施形態では、各シール板は、軸方向面を有する環状リムを備える。この軸方向面は、環状のリムの軸に垂直な面と一致する。特定の実施形態では、各シール板は、軸方向面の一部を取り囲むように設けられるテクスチャ帯を備える。このテクスチャ帯は、シール板の接触時に、他のシール板の対応するテクスチャ帯と相互に噛み合うように構成される。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャ帯は、リムの外側の空間から本体部を実質的にシールする、ラビリンスシールを形成する。特定の実施形態では、各シール板のテクスチャ帯は、テクスチャパターンを有する部分を含む。このテクスチャパターンは、他のシール板に設けられる相補的なテクスチャパターンと嵌合するように、形成される。特定の実施形態では、各シール板のテクスチャ帯は、相補パターン対を有する複数の領域を画定する。この相補パターン対は、「各シール板と対向するシール板とが互いに所定の位置合わせ状態となるときに、各シール板のテクスチャ帯が隣接する濾過エレメント上の同一の対向するシール板のテクスチャ帯と噛み合う」ように配置される。
【００４１】
本発明の特定の実施形態は、濾過システム及び方法を提供する。これらの特定の実施形態は、筐体を備える。これらの特定の実施形態は、筐体内で端部どうしが接続される複数の濾過エレメントを備える。特定の実施形態では、各濾過エレメントは、濾過本体部から濾液を収集する収集チャネルを取り囲む円筒濾過本体部を備える。特定の実施形態では、各濾過エレメントが一対のシール板を備える。特定の実施形態では、一対のシール板のそれぞれが、本体部の異なる端部に結合される。特定の実施形態では、各シール板が、収集チャネルと同軸のリムを有する。特定の実施形態では、リムは、軸方向面を有する。この軸方向面の位置は、各シール板の軸に垂直な面と実質的に合わせられる。特定の実施形態では、一対のシール板のそれぞれの面に、テクスチャパターンが形成される。これらのテクスチャパターンは、相補的であるとともに、シール板の接触時に、互いに噛み合うように形成される。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、蛇行経路を形成する。この蛇行経路は、リムの外側の空間から本体部へ方向付けられる濾過されていない流体を、実質的にシールする。
【００４２】
特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、シール板の軸方向面に沿って半径方向に延びる、相補的なパターンを備える。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、段付きパターン及びｖ字型形状パターンのうちの１つ以上を含む、相補的なパターンを備える。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、正方形谷部、正方形山部、台形谷部及び台形山部のうちの１つ以上を備える。特定の実施形態では、相互に噛み合うテクスチャは、隣接する濾過エレメントの位置合わせを容易にする、１つ以上の位置決め構造を備える。これらの特定の実施形態は、リムの外周に位置する、複数の半径方向面を備える。特定の実施形態では、半径方向面が、シール板を筐体内の中心に配する。これらの特定の実施形態は、隣接する濾過エレメントを互いに緊密に接触した状態に維持するように機能するラッチを備える。特定の実施形態では、ラッチは、隣接する１つ以上のシール板に具現化される。
【００４３】
特定の実施形態では、パターン化されたテクスチャが、シール板の軸方向面に沿って、半径方向に延びる。特定の実施形態では、各シール板のパターン化されたテクスチャは、２つの相補的なパターンを含む。これらのパターンは、一対のシール板が所望の位置合わせ状態にあるときに、２つのパターンのそれぞれの位置が、他方のシール板上の相補パターンの位置と合うように、各シール板上に対称的に配置される。特定の実施形態では、パターンは、段付きパターン及びｖ字型形状パターンのうちの１つ以上を備える。特定の実施形態では、パターンは、長方形パターン及び台形パターンのうちの１つ以上を備える。特定の実施形態では、相補的なパターンは、隣接するシール板の所望の位置合わせを容易にする、位置決め構造を備える。これらの特定の実施形態は、リムの外周に位置する複数の半径方向面を備えている。これらの半径方向面は、シール板を筐体内の中心に配する。これらの特定の実施形態は、隣接する濾過エレメントを互いに緊密に接触した状態に維持するように機能する、ラッチを備えている。このラッチは、隣接する１つ以上のシール板に具現化される。
【００４４】
特定の典型的な実施形態に関連して、本発明を説明してきたが、当業者であれば明らかなように、本発明の広い思想及び範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な改良及び変更を成すことができる。したがって、本明細書及び図面は、限定的なものではなく、例示的なものであると見なされるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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