(57)【要約】  ロールから渦巻状巻回型モジュールの外周にテープを適用するための手段及び方法。好ましい実施態様において、テープの長さはモジュールの長さと一致する。
2013508154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの互いに反対側に位置する端部間に延在する長さを有する透過収集チューブと当該透過収集チューブの周りに巻回された少なくとも１つの膜エンベロープを含む渦巻状巻回型モジュールの外周にロールからテープ層を適用する方法であって、ロールから所定の長さのテープを、テープの当該長さが渦巻状巻回型モジュールの長さに一致し、渦巻状巻回型モジュールの外周の大部分がテープにより覆われるように、渦巻状巻回型モジュールの外周に適用する工程を含む方法。
【請求項２】
渦巻状巻回型モジュールの外周にテープを適用する工程の前に、ロールから所定の長さのテープを展開する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
展開されたテープが渦巻状巻回型モジュールの長さに対応する長さを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
渦巻状巻回型モジュールの外周にテープを適用する工程の前に、展開されたテープが、渦巻状巻回型モジュールの長さに対応する長さにロールから切り取られる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
テープのロールが渦巻状巻回型モジュールの周囲長以上の幅を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
テープが表側及び裏側を含み、裏側の少なくとも一部が接着剤を含み、展開されたテープを適用する工程が、前記長さの展開されたテープを前記長さの渦巻状巻回型モジュールと並べた後、テープの裏側を渦巻状巻回型モジュールの外周に接触させることを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
展開されたテープの表側を、渦巻状巻回型モジュールと離間し、かつ、並べられたプレスに引き寄せることによって、前記長さの展開されたテープを前記長さの渦巻状巻回型モジュールと並べる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
展開されたテープの表側が負圧によりプレスに引き寄せられる、請求項１〜７に記載の方法。
【請求項９】
プレスが、展開されたテープの表側を引き寄せるための凸状表面を有し、プレス又は渦巻状巻回型モジュールの一方又は両方を動かしてそれらの間に位置する展開されたテープと互いに接触させることによって、展開されたテープの裏側を渦巻状巻回型モジュールの外周に接触させ、その後、前記接触を保ちながらプレスと渦巻状巻回型モジュールを異方向回転させることによって、展開されたテープを渦巻状巻回型モジュールの外周に適用する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
クロスレファレンスの記述
本願は２００９年１０月１９日に出願された米国仮出願第６１／２５５，１２１号の利益を主張する。米国仮出願第６１／２５５，１２１号の内容全体を引用により本明細書に援用する。
技術分野：
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの外周にテープ層を適用するための手段及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体相分離及び液体相分離の両方を含む様々な流体分離に使用するための渦巻状巻回型モジュール（「エレメント」とも呼ばれる）が公知である。それらの渦巻状構成のために、比較的大きな膜表面積を個々のモジュールに詰め込むことができる。使用される特定の膜に応じて、渦巻状巻回型モジュールを、例えば、逆浸透（ＲＯ）、ナノ濾過（ＮＦ）、限外濾過（ＵＦ）及びマイクロ濾過（ＭＦ）などの様々な用途で使用できる。一般的な液体分離の例としては、液体フィードの処理、例えば食品、乳製品及び甘味料フィードにおける濃縮及び又は塩の除去、水の脱塩、二価イオン性化学種、例えばカルシウム及びバリウムイオンなどの除去、並びにより大きな構成成分、例えば嚢胞、ウイルス及び農薬などの除去が挙げられる。典型的なモジュールは、透過収集チューブと、少なくとも１つであるがしばしば複数の膜エンベロープと、外側カバー又はハウジングとを含む。渦巻状巻回型モジュールは、様々なサイズで入手できるが、家庭用飲料水処理ユニットモジュールは、典型的には、約１５〜４５ｃｍの長さ及び約３．５〜５ｃｍの直径を有する。典型的な直径５ｃｍのモジュールの場合、１〜３個の膜エンベロープが透過収集チューブの周りに巻回される。かかる渦巻状巻回型モジュールの商業的に入手可能な例としては、ＦｉｌｍＴｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＴＷ３０−１８１２（２４，３６，５０及び７５）が挙げられる。
【０００３】
渦巻状巻回型モジュールは、通常、１又は２以上の膜エンベロープを渦巻状の形状に保つ外側テープ層であって、さらに、モジュールの外側カバー又はハウジングとして機能することができる外側テープ層を備える。適用可能なテープとしては、ロールから適用される感圧接着テープが挙げられる。１つの周知の適用法は、図２Ａに示されているように、モジュールの外周の周りに比較的狭い幅のテープをらせん状に巻くことを伴う。この方法は、モジュールの外周を覆うのに必要な巻数によって時間集約的である。図２Ｂに示されている別の周知の方法は、渦巻状巻回型モジュールの外周をシングルパスで覆う比較的広い幅のテープを使用する。すなわち、テープがモジュールの外周を一回転で覆うように、テープの幅（Ｗ）は渦巻状巻回型モジュールの長さ（Ｌ）と一致する。図２Ｂに示されている方法は完了するまでの時間がさほどかからないが、幅広のテープロールの入手性が限られているために、比較的短いモジュールに対して使用する場合に実際上限られている。さらに、テープロールの幅が増加するにつれて、ロールからテープを施すのに必要な、接着力に打ち勝つことがますます困難になる。その結果、図２Ｂに示されている方法は、モジュールの長さが増すほどますます実際的でなくなり、特に５０ｃｍ、１００ｃｍ、１５０ｃｍ及び２２５ｃｍを超えるモジュール長の場合に実際的でなくなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの外周にテープ層を適用するための手段及び方法に関する。多くの実施態様を開示する。
本発明及び様々な実施態様は、詳細な説明及び添付の図面を参照することによりさらによく理解できるであろう。添付の図面において、様々な図の間で同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、渦巻状巻回型モジュールの部分切取透視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、渦巻状巻回型モジュールの外周の周りにテープ層を適用する先行技術の方法を示す理想化された透視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、渦巻状巻回型モジュールの外周の周りにテープ層を適用する別の先行技術の方法を示す理想化された透視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、渦巻状巻回型モジュールの外周の周りにテープ層を適用する本発明の方法の一実施態様を示す理想化された透視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、渦巻状巻回型モジュールとの展開長さのテープのアラインメントを示す本発明の一実施態様を実施するための理想化された構成の透視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、渦巻状巻回型モジュールの外周への展開長さのテープの適用を示す、図３Ａの構成の透視図である。
【図４】図４は、本発明の実施態様を実施するための別の理想化された構成の透視図である。
【図５】図５は、本発明の実施態様を実施するための別の理想的な構成の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの外周にテープ層を適用する方法を含む。当該テープ層は、特に限定されないが、好ましくはロールから適用される。本発明では、テープの幅はロールの幅に対応し、一方、テープの長さはロールから離れたテープの量に対応する。すなわち、テープの幅はロールの幅により決まるが、テープの長さはロールから接線方向に「施された」テープの部分に依存して変わりうる。特に限定されないが、約０．０７５〜０．１５ｍｍの厚さを有するテープが、ほとんどの実施態様に対して許容可能であることが見出された。さらに、モジュールを渦巻状巻回構成に保つことに加えて、実施態様によっては、テープ層は、運転中のモジュールに対する支持を提供することもできる。例えば、幾つかの実施態様は、モジュールを高フィード圧力の下で運転することを含む。かかる実施態様において、比較的高い引張強度を有するテープが好ましいことがある。この点に関して双方向テープが都合よい。しかしながら、最も低い圧力の家庭用途の場合に、約３０Ｎ/ｍを超える引張強度が許容可能である。適用可能なテープとしては、ポリマーバッキング（例えばポリプロピレン、ポリエステルなど）を含み、ポリマーバッキングの片側の少なくとも一部に設けられた接着剤（例えばアクリル系、合成ゴム樹脂など）を有するものが挙げられる。好ましいテープとしては、非接着性の表側と接着剤により覆われた裏側を有する感圧接着テープが挙げられる。テープの裏側全体に接着剤が適用される必要はない。さらに、接着剤のタイプは感圧接着性である必要はない。
【０００７】
本発明では、渦巻状巻回型モジュールは特に限定されず、渦巻状巻回型モジュールとしては、典型的には約３．５〜５ｃｍの直径を有する家庭用水処理システムで一般的に使用されているものなどのモジュールが挙げられる。より詳細な説明として、本発明において使用するのに好適な渦巻状巻回型モジュールが図１に２で一般的に示されている。モジュール（２）は、透過収集チューブ（８）の周りに１又は２個以上の膜エンベロープ（４）と任意選択的に使用される１又は２個以上のフィードチャネルスペーサーシート（「フィードスペーサー」）（６）とを巻回することにより形成される。各膜エンベロープ（４）は、好ましくは、透過チャネルスペーサーシート（「透過スペーサー」）（１２）を取り囲む２つの実質的に矩形の膜シート（１０）を含む。このサンドイッチ型の構造は３つの端部（１６，１８，２０）に沿って、例えばシーラント（１４）により固定されてエンベロープを形成する一方、第４の端部（２２）が透過収集チューブ（８）と隣接しており、エンベロープ（及び任意選択的に使用される透過スペーサー（１２））の内側部分が透過収集チューブ（８）の長手方向に沿って延在する複数の開口部（２４）と流体連通する状態にある。好ましい一実施態様において、モジュール（２）は、複数のフィードスペーサーシート（６）により分離された複数の膜エンベロープ（４）を含む。膜エンベロープ（４）は、一般的に、隣接して配置された膜リーフパケットの裏側表面同士を結合することにより形成される。各リーフパケットは実質的に矩形の膜シート（１０）を含み、この実質的に矩形の膜シートは折り畳まれていて２枚の膜「リーフ」を規定しており、各リーフの表側（３４）は、互いに向かい合っており、折り目は、膜エンベロープ（４）の第４の端部と軸方向に揃っている（すなわち透過収集チューブ（８）と平行である）。折り畳まれた膜シート（１０）の向かい合う表側面（３４）の間に位置するフィードスペーサーシート（６）が示されている。この実施態様において、膜エンベロープ（４）は、２つの隣接して配置された膜リーフの裏側を結合させることによって形成される。図示されていないが、この集成体にさらなる中間層が含まれてもよい。
【０００８】
モジュールの製造の際に、透過スペーサーシートの間に膜リーフパケットを挟んで透過スペーサーシート（１２）を透過収集チューブ（８）の周囲に取り付けることができる。隣接して配置された膜リーフの裏側をそれらの縁（１６，１８，２０）の部分で封止して透過スペーサーシート（１２）を封じ込めることにより膜エンベロープ（４）を形成する。膜エンベロープ（４）及びフィードスペーサー（６）を透過収集チューブ（８）の周りに巻回又は「巻き」、互いに反対側に位置する端部にある２つの互いに反対側に位置するスクロール面（３０，３２）を形成する。膜エンベロープ（４）の端部（１６，１８，２０）を封止するために使用されるシーラント（１４）は、好ましくは、巻回プロセス中の各種シート材料の相対的移動の余地を残す。すなわち、硬化速度、すなわちシーラント（１４）が粘着性になる前の時間は、好ましくは、透過収集チューブ（８）の周りに膜エンベロープ（４）を集成し巻回するのに必要なものよりも長い。この説明では、渦巻状巻回型モジュールの長さは、モジュールの互いに反対側に位置する端部間の距離、すなわち一方のスクロール面（３０）から他方のスクロール面（３２）までの直線距離を指す。
【０００９】
図１に示されている矢印は、運転中のフィード及び透過のおおよその流れ方向（２６，２８）を表す。フィード流体は入口スクロール面（３０）からモジュール（２）に入り、膜シート（１０）の表側３４を流れて、反対側のスクロール面（３２）でモジュール（２）から出る。透過流体は、矢印（２８）により示されているフィード流にほぼ垂直な方向に、透過スペーサーシート（１２）に沿って流れる。実際の流体の流路は、構造体及び運転条件の詳細により変わる。
【００１０】
渦巻状巻回型モジュールの様々なコンポーネントを製造するための材料は当該技術分野でよく知られている。膜エンベロープを封止するのに好適なシーラントとしては、ウレタン類、エポキシ類、シリコーン類、アクリレート類、ホットメルト接着剤及びＵＶ硬化性接着剤が挙げられる。あまり一般的でないが、例えば熱、超音波溶接及びテープの適用などの他のシーリング手段も使用できる。透過収集チューブは、典型的にはプラスチック材料、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリ（フェニレンオキシド）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどから製造される。トリコットポリエステル材料が、透過スペーサーとして一般的に使用されている。代表例のフィードスペーサーは、Ｊｏｈｎｓｏｎへの米国特許第６，８８１，３３６号に詳しく記載されている。代表例のフィードスペーサーとしては、ポリエチレン、ポリエステル及びポリプロピレンのメッシュ材料、例えばＣｏｎｗｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓから商品名ＶＥＸＡＲ（登録商標）で市販されているものなどが挙げられる。渦巻状巻回型モジュールの様々な構成部品及び構造に関するさらなる詳細は例えば下記の文献に記載されている：透過収集チューブに透過スペーサーを取り付ける方法を記載したＳｏｌｉｅの米国特許第５，５３８，６４２号、トリミング操作及びインサーションポイントシールを形成するためのＵＶ接着剤の使用を記載したＪｏｎｓ他の国際公開第２００７／０６７７５１号。
【００１１】
本発明では、膜シートのタイプは特に限定されない。膜シートの選択は、具体的な用途、フィード供給源、溶質及びファウラント（ｆｏｕｌａｎｔ）に基づく。ＲＯ及びＮＦのフラットシート膜は多くの様々な材料（例えば酢酸セルロース材料、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン）から形成されているが、最も商業的に成功した膜は薄膜コンポジット膜である。１つの好ましいコンポジット膜シートはＦｉｌｍＴｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＦＴ−３０（登録商標）膜である。市販の薄膜コンポジット膜は典型的には不織ポリエステル材料ウェブ（例えばＰＥＴスクリム）の底層（裏側）、マイクロポーラスポリマー、例えば厚さ約２５〜１２５ミクロンのポリスルホンなどの中間層、及び約１ミクロン未満、より一般的には約０．０１０〜０．１ミクロンの薄膜ポリアミド層を含むトップ層（表側）を含む。ポリアミド層は、好ましくは、Ｃａｄｏｔｔｅ他の米国特許第４，２７７，３４４号及び５，６５８，４６０号並びにＭｉｃｋｏｌｓの米国特許第６，８７８，２７８号に記載されているようにマイクロポーラスポリスルホンの表面での多官能性アミンモノマーと多官能性アシルハライドモノマーとの界面重縮合反応により生成する。かかるポリアミド膜の修飾方法が、Ｊｏｎｓ他の米国特許第５，８７６，６０２号；Ｍｉｃｋｏｌｓの米国特許第５，７５５，９６４号、米国特許第６，２８０，８５３号及び米国特許出願公開第２００９／０１５９５２７号；Ｃａｄｏｔｔｅ他の米国特許第４，８８８，１１６号、米国特許第４，７６５，８９７号；米国特許第４，９６４，９９８号並びにＮｉｕ他の米国特許出願公開第２００７／０２５１８８３号、米国特許出願公開第２００８／０１８５３３２号及び米国特許出願公開第２００９/０１９４４７９号に記載されている。前述のように、ＲＯ及びＮＦ型の膜シートとそれに対応する渦巻状巻回型モジュールが本発明に関して好ましい。
【００１２】
図２Ｃに関して、本発明は、渦巻状巻回型モジュール（２）の外周にロール（３８）からテープ層（３６）を適用する方法を含む。この説明では、用語「外周」は、モジュール（２）の円筒状外側表面領域を指すが、スクロール面（３０，３２）を含まない。好ましい一実施態様において、ロール（３８）から所定の長さのテープが渦巻状巻回型モジュール（２）の外周に、テープ（３６）の当該長さが渦巻状巻回型モジュール（２）の長さに一致するように適用される。この説明では、用語「一致する」とは、テープ（３６）及びモジュール（２）の両方の長手方向が互いにほぼ並行であり、必要ではないが、好ましくは同じ長さであることを意味し、例えば、テープ（３６）は、好ましくは、渦巻状巻回型モジュール（２）の長さと同じであるか又は渦巻状巻回型モジュール（２）の長さよりも僅かに長い（例えば、好ましくは１０％未満より長い）。適用されたら、テープ（３６）は、好ましくは、渦巻状巻回型モジュール（２）の大部分の周りに層を形成し、より好ましくは、渦巻状巻回型モジュール（２）の外周全体の周りに層を形成する。テープ（３６）が渦巻状巻回型モジュール（２）の外周の周囲長の少なくとも９０パーセント（％）、より好ましくは１００％を巻くように、テープ（２）の幅（Ｗ）は、好ましくは、渦巻状巻回型モジュール（２）の周囲長以上である。幾つかの実施態様において、テープ（３６）が渦巻状巻回型モジュール（２）の外周の周りに適用される際にそれ自体と重なるように、テープの幅（Ｗ）は渦巻状巻回型モジュール（２）の周囲長よりも少なくとも１０％大きく、あるいは少なくとも２５％大きい。しかし、別の実施態様において、テープ（２）の幅は、渦巻状巻回型モジュール（２）の周囲長よりも小さくてもよく、その場合、モジュールの周囲の大部分、好ましくは全体を覆うように、テープの複数の平行に隣接して並んだストリップをモジュールの長手方向に沿って適用できる。
【００１３】
ロールからテープを展開しながらモジュールにテープを適用できる（例えばテープの自由端をモジュールの片端に接触させ、テープをモジュールの長手方向に沿って展開するとともにモジュールの外周にテープを接触させることにより）が、モジュールにテープを適用する工程の前に所定の長さのテープをロールから展開することが好ましい。好ましくは、展開されたテープの長さは渦巻状巻回型モジュールの長さに対応し、展開されたテープは渦巻状巻回型モジュールの長さから１０％以内の長さ、好ましくはモジュールの長さに等しいか又はわずかに長い。必要ではないが、展開したテープを、渦巻状巻回型モジュールの外周に適用する前に、切断、断裂、又は他の方法でロールから分離することが好ましい。展開したテープをモジュールに接触させる方法は特に限定されない。好ましい一実施態様において、展開したテープを、渦巻状巻回型モジュールの外周に接触させる前に、先ず、渦巻状巻回型モジュールと並べる。例えば、所定の長さの展開したテープをロールから切り取り、渦巻状巻回型モジュールから離間し、かつ、渦巻状巻回型モジュールと平行（すなわち、透過収集チューブにより規定される軸と平行）な１つの軸に沿って、テープの長さがモジュールの長さと一致するように直線状に並べる。並べたら、展開したテープを渦巻状巻回型モジュールの外周に接触させる。例示として、図３Ａ及び３Ｂに、本発明の方法の一実施態様を実施するための理想化された構成を示す。図示されているように、ロール（３８）からテープ（３６）を展開し、可動刃（４０，４０’）により渦巻状巻回型モジュール（２）の長さに対応する長さに切断する。次に、テープ（３６）の表側（４２）を、例えばプレス（４６）を通して負圧（すなわち真空）に引く（上向きの矢印で示されている）ことによりプレス（４６）に引き寄せ（図３Ａに曲がった矢印で示されている）、渦巻状巻回型モジュール（２）に対して離間し、かつ、並ぶ位置にプレスを配置することによって、展開長さのテープ（３６）を渦巻状巻回型モジュール（２）と並べる。図示されているように、プレス（４６）は、テープ（３６）の表側（４２）を引き寄せるための凸状表面（４８）を備えた真空ドラムを含む。図３Ｂに最もよく示されているように、並べたら、プレス（４６）及びモジュール（２）の片方又は両方を動かすこと（二方向の垂直な矢印により示されているように）によりテープ（３６）の裏側（４４）を、モジュール（２）の外周に接触させる。接触状態となったら、次に、プレス（４６）とモジュール（２）の接触を保ちながらプレス（４６）及びモジュール（２）を異方向回転（図３Ｂに曲がった矢印で示されているように）させることにより、展開したテープ（３６）をモジュール（２）の外周に適用する。
【００１４】
図４及び５は、本発明の実施態様を実施するための別の構成を示す。図示されている実施態様は両方とも、展開長さのテープ（３６）を渦巻状巻回型モジュール（２）の外周に適用するためのローラー（５０，５２，５４）を使用する。図４に関して、所定の長さのテープを、展開し、ロールから切り取り、直線状に並べ、次に、渦巻状巻回型モジュール（２）の外周に接触させる。その後、１本の回転ローラー（５０）を、ローラー（５０）とモジュール（２）の間にテープ（３６）が位置するようにして、モジュール（２）に接触させる。次に、モジュール（２）の外周の周りにテープ（３６）が層を形成するまで、ローラー（５０）及びモジュール（２）を、接触を保ちながら、それらの各軸の周りに異方向回転させる。別の一実施態様において、ローラー（５０）をその軸周りに固定させてもよい。図５は、薄巻状巻回型モジュールの外周の周りに異方向回転（図５に曲がった矢印で示されているように）する一対のローラー（５２，５４）を使用する類似の構成を示す。さらに別の実施態様において、ローラー（５２，５４）を、それらの軸周りに固定させてもよい。
【００１５】
本発明は、渦巻状巻回型モジュールにテープ層を適用するのに非常に好適であり、特に、標準的なテープ幅を超える長さのモジュール、例えば２５ｃｍ、５０ｃｍ、１００ｃｍ、１５０ｃｍ及び２２５ｃｍよりも長いモジュールにテープ層を適用するのに好適である。好ましくは、モジュールに適用されるテープの長さはモジュールの長さと同じであるか、又はモジュールの長さよりも僅かに長い。モジュールの両端をはみ出したテープは任意選択的に行うことができる仕上げ工程の一部として切り落とすことができる。
【００１６】
渦巻状巻回型モジュールの具体的な設計は先に記載したものと異なってもよいが、渦巻状巻回モジュールは、２つの互いに反対側に位置する端部間に延在し、かつ、その長手方向に沿って複数の開口部を備える少なくとも１つの透過収集チューブと、透過収集チューブの周りに巻回されて互いに反対側に位置する両スクロール面を形成している少なくとも１つの膜エンベロープとを好ましくは含み、膜エンベロープは透過収集チューブに沿う開口部と流体連通（及び好ましくは封止係合）している。膜エンベロープは特に限定されず、様々な設計、組成物及び構造から成ることができる。しかしながら、幾つかの好ましい実施態様において、膜エンベロープはＲＯ又はＮＦ膜として機能する構造体を含む。
【００１７】
上記特許及び特許出願のそれぞれの全内容は引用により本明細書に援用する。
【図１】
2013508154.tif 000003
【図２Ａ】
2013508154.tif 000004
【図２Ｂ】
2013508154.tif 000005
【図２Ｃ】
2013508154.tif 000006
【図３Ａ】
2013508154.tif 000007
【図３Ｂ】
2013508154.tif 000008
【図４】
2013508154.tif 000009
【図５】
2013508154.tif 000010
【国際調査報告】
2013508154.tif 000011
2013508154.tif 000012