(57)【要約】  膜が、供給液チャネルスペーサ及び透過液キャリアの平坦なシートと共にスタックに配置される。平坦な供給液チャネル及び透過液チャネルは、スタックの厚さを通して交互する。供給液チャネルの縁部がスタックの長さに沿って封止される。透過液チャネルの縁部がスタックの幅にわたって封止される。スタックは１．５ｍより長くてもよい。適宜、膜を折り畳むことなく互いに封止することができる。濾過要素は、スタックとシェルとを備える。シェルは、少なくとも供給液チャネルへの入口と透過液出口とを有する。適宜、要素を透過液側クロスフロー構成で動作させることができる。場合によって、自動プロセスにより、スタックの一部を予め組み立てることができる。濾過要素を逆浸透、順浸透、圧力抑制浸透又はナノ濾過に使用することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）平坦なシート膜と、
ｂ）供給液スペーサの１つ以上の平坦なシートと、
ｃ）透過液キャリアの１つ以上の平坦なシートと
を備えるスタックであって、
スタックの厚さを通して交互する１つ以上の略平坦な供給液チャネル及び１つ以上の略平坦な透過液チャネルを有するスタック。
【請求項２】
供給液チャネルの縁部がスタックの長さに沿って封止され、透過液チャネルの縁部がスタックの幅にわたって封止される、請求項１記載のスタック。
【請求項３】
スタックの幅よりも大きいスタックの長さを有する、請求項２記載のスタック。
【請求項４】
１．５ｍ以上の長さを有する、請求項２又は３記載のスタック。
【請求項５】
連続する膜シートが折り畳まれることなく互いに接着される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスタック。
【請求項６】
透過液チャネルの縁部が、スタックの幅にわたって封止され、スタックの長さの一側に沿って封止される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のスタック。
【請求項７】
供給液スペーサの１つ以上の平坦なシートが、供給液スペーサの１つ以上のシートの両側における膜の間のシール内に少なくとも部分的に突出する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のスタック。
【請求項８】
供給液スペーサの１つ以上の平坦なシートが、予め塗布されたストリップ又はリングを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のスタック。
【請求項９】
供給液スペーサの１つ以上の平坦なシートが、供給液スペーサの２つ以上の角部で凹んだ、予め塗布された封止材料のストリップを含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のスタック。
【請求項１０】
スタックを通る透過液通路を有し、透過液キャリアの１つ以上のシートが、透過液通路の周りに配置された補強材を含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のスタック。
【請求項１１】
スタックの上部又は底部又は両方にバリア層を含む、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のスタック。
【請求項１２】
ａ）請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のスタックと、
ｂ）シェルと、
ｃ）供給液チャネルに連通する、シェルの一端部の入口と、
ｄ）透過液チャネルに連通する１以上の透過液出口とを備える濾過要素。
【請求項１３】
スタックの長さに沿った、又はスタックのシートに垂直な透過液導管を備える、請求項１２記載の要素。
【請求項１４】
シェルの内側によって部分的に形成された、スタックの長さに沿った透過液導管を備える、請求項１２又は１３記載の要素。
【請求項１５】
第２の透過液出口をさらに備える、請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項記載の要素。
【請求項１６】
透過液チャネルに連通する入口をさらに備える、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項記載の要素。
【請求項１７】
供給液チャネルを透過液チャネルから分離する２以上の角部シールをさらに備える、請求項１２乃至請求項１６のいずれか１項記載の要素。
【請求項１８】
シェルが、少なくとも使用時に、スタックの上部及び底部に当接する、請求項１２乃至請求項１７のいずれか１項記載の要素。
【請求項１９】
スタックと、シェルの１以上の壁とを貫通する透過液スピゴットを備える、請求項１２乃至請求項１８のいずれか１項記載の要素。
【請求項２０】
スタックとシェルとの間にシールを形成する樹脂ブロックを備える、請求項１２乃至請求項１９のいずれか１項記載の要素。
【請求項２１】
逆浸透、ナノ濾過、順浸透、又は圧力抑制浸透で使用するように構成された、請求項１２乃至請求項２０のいずれか１項記載の要素。
【請求項２２】
非多孔性ストリップ又はリングを供給液スペーサに作製する方法であって、液体のホットメルト接着剤を供給液スペーサに塗布する段階と、供給液スペーサ及びホットメルト接着剤を圧縮する段階と、ホットメルト接着剤を圧縮しながら加熱する段階とを含む方法。
【請求項２３】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のスタックを作製する方法であって、２枚の膜と供給液スペーサ又は透過液キャリアとを各々備える複数のクリップを予め組み立てる段階を含み、２枚の膜が供給液スペーサ又は透過液キャリアの両側に位置し、２枚の膜が互いに付着する方法。
【請求項２４】
クリップが供給液スペーサを備え、供給液スペーサが予め塗布されたストリップ又はリングを有する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
クリップが供給液スペーサを備え、２枚の膜が供給液スペーサの両側に位置する、請求項２３又は２４記載の方法。
【請求項２６】
クリップが透過液キャリアを備え、２枚の膜が透過液キャリアの両側に位置する、請求項２３乃至請求項２５のいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
クリップが透過液キャリアと供給液スペーサとを備える、請求項２３乃至請求項２６のいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
クリップの材料をロールから供給する段階と、材料の１つ以上にシール剤を塗布する段階と、材料を共に圧縮する段階とを含む、請求項２３乃至請求項２７のいずれか１項記載の方法。
【請求項２９】
材料を共に圧縮する前に、クリップを通る孔を作る段階を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
クリップを通る孔の領域を含む、より大きい孔を作る段階を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
シール剤がクリップの幅にわたるストリップ状に塗布される、請求項２８又は請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
ａ）２層の膜材料を設ける段階と、
ｂ）２層の膜材料の間に透過液コレクタの層を設ける段階と、
ｃ）膜材料の層の少なくとも１つに孔を設ける段階と、
ｄ）膜材料の層又は透過液コレクタの層に、シール剤を閉鎖形状に塗布する段階と、
ｅ）層を共に部分組立体に押し付ける段階とを含む、スタックを作製する方法。
【請求項３３】
予め硬化されたシール剤又は弾性材料の層によって囲まれた孔を有する供給液スペーサを設ける段階をさらに含む、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
透過液コレクタに孔を設ける段階と、透過液コレクタの孔を圧縮に耐えるように補強する段階とをさらに含む、請求項３２又は請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
複数の部分組立体を積み重ねる段階を含み、孔が位置合わせロッド上に配置される、請求項３２乃至請求項３４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】
本明細書は、平坦な膜シートがモジュール内でスタックに配置される膜濾過モジュール、例えば逆浸透モジュール又はナノ濾過モジュール、及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平坦なシート膜が、浸漬された限外濾過モジュール又は精密濾過モジュールで使用されている。Ｋｕｂｏｔａ製のモジュールでは、膜シートがプラスチックフレームの両側に設けられて、中空のポケットを形成する。ポケットは、モジュール内で離間して配置され、開いたタンク内に浸漬される。フレームのポートを通してポケットの内側に加えられる吸引によって、透過液が引き抜かれる。米国特許第７８９２４３０号に記載のモジュールでは、フィルタ要素が、排水要素の両側に設けられた２枚の膜シートから構成される。要素は離間して配置され、開いたタンク内に浸漬される。要素の穴を貫通するパイプを通した吸引によって、透過液が引き抜かれる。供給水のタンクに浸漬されて、小さい膜貫通圧力差で動作させることにより、これらのモジュールを剛性又は強固なものにする必要がなくなる。
【０００３】
平坦なシート膜は逆浸透でも使用されている。しかしながら、逆浸透膜は一般的に螺旋巻きモジュールに形成される。螺旋巻き構成は、本来、高圧用途に適しているが、それは透過液側にクロスフローがないときだけである。平坦なシート圧力駆動モジュールを作製する試み（一部はクロスフローを伴う）が、米国特許第５１０４５３２号、米国特許第５６８１４６４号、米国特許第６５２４４７８号、欧州特許第１３５５７３０号、及び特開平７−０６８１３７号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第１２９２９５２号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の段落は、特許請求の範囲を限定又は定義しない、理解のための詳細な説明を読者に紹介するものである。
【０００６】
本明細書は、平坦なシート膜を含むスタックについて説明する。膜は供給液チャネルスペーサ及び透過液キャリアの平坦なシートを有するスタックに配置される。スタックは、スタックの厚さを通して交互する平面の供給液チャネル及び透過液チャネルを有する。供給液チャネルの縁部がスタックの長さに沿って封止される。透過液チャネルの縁部がスタックの幅に沿って封止される。好ましくは、スタックの長さがその幅よりも大きい。スタックは１．５ｍより長くてもよい。適宜、膜シートを、折り畳むことなく、必要な場合に互いに封止することができる。
【０００７】
本明細書はまた、濾過要素について説明する。要素は、スタックとシェルとを備える。シェルは、供給液チャネルに連通する一端部に入口を有する。シェルは、透過液チャネルに連通する１以上の透過液出口を有する。透過液出口は、スタックの長さに沿った、又はスタックのシートに垂直な透過液導管にさらに連通することができる。適宜、要素がクロスフロー構成で動作できるように、要素が透過液入口及び出口を有していてもよい。要素を、例えば、逆浸透、順浸透、圧力抑制浸透又はナノ濾過に使用することができる。
【０００８】
本明細書はまた、スタックの作製方法について説明する。適宜、略連続したプロセス又は自動プロセスによって、スタックの一部を予め組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】スタックを形成するシートの組立体の分解等角図である。
【図２】図１のスタックを含む要素の等角図である。
【図３】図２の線３−３に沿った図２の要素の横断面図である。
【図４】図２の線４−４に沿った図２の要素の横断面図である。
【図５】第２のスタックの等角図である。
【図６】図５の第２のスタックを含む第２の要素の分解横断面図である。
【図７】第２の要素の組立横断面図である。
【図８】組立プロセスのステップ中の、第３のスタックの分解等角図である。
【図９】組立プロセスのステップ中の、図８の第３のスタックを有する第３の要素の横断面図である。
【図１０】図９の第３の要素の平面図である。
【図１１】スタック又はスタックの一部を作製するための機械の概略図である。
【図１２】スタック又はスタックの一部に透過液孔を作るための機械の概略図である。
【図１３】補強された透過液孔を有する透過液キャリアの平面図である。
【図１４】リング及び予め塗布された縁部シールにより補強された透過液孔を有する供給液スペーサの平面図である。
【図１５】図１４のリングの厚さを設定するための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
大部分の逆浸透モジュールは螺旋巻き構成に作製される。一般的なモジュールでは、供給液がモジュールの長さに沿って流れる。折り目が透過液収集管に当接する折畳みシートの形で、膜が使用される。供給路の長さは、一般的に１．５メートル未満の膜材料の幅により限定される。シートの長さは、透過液流に対する耐性によって限定され、これはモジュールの効率を限定する。層が巻き上げられるときの層の動きに対する大きな公差を持って、接着層が膜又は透過液キャリアに塗布される。組合せて、これらの手順により、螺旋巻きモジュールの活性膜の表面積が、モジュールを製造する際に消費される膜材料の表面積よりもかなり小さくなる。
【００１１】
螺旋巻きモジュールの薄片の代わりに、本明細書に記載の平坦な濾過モジュールを、完成材料で平坦なままである材料のスタックから作製することができる。適宜、透過液キャリア、供給液スペーサ、及び２枚の膜を含む、予め作製されたクリップから、スタックを組み立てることができる。２枚の膜は、単一片の膜材料又は２枚の別片の膜材料を折り畳むことによって形成することができる。例えば超音波溶着もしくは熱溶着、ホットメルト接着剤もしくはウレタン樹脂等の接着剤、又はテープにより、２枚の膜をスタック内で互いに接着することができる。接着された膜は、モジュールの供給液側と透過液側との間にバリアを形成する。平坦な濾過モジュールを、例えば、逆浸透濾過もしくはナノ濾過のために、又は螺旋巻き膜に代わるものとして使用することができる。
【００１２】
図１はスタック１０を示す。スタック１０は、材料の平坦な層からなる。適宜、材料のシートをその長さ又はその幅に沿って折り畳んで、多層を形成することができる。個々の層は、膜１２、供給液スペーサ１４、透過液キャリア１６、及び適宜、バリアシート１８である。バリアシート１８は不透過性の層、例えばポリエチレンシートである。適宜、バリアシート１８をモジュールのシェルで置き換えてもよい。
【００１３】
２枚の膜１２、供給液スペーサ１４、及び透過液キャリア１６を含む部分組立体をクリップ２０と呼ぶ。クリップ２０では、２枚の膜１２が供給液スペーサ１４及び透過液キャリア１６の一方により離間され、供給液スペーサ１４及び透過液キャリア１６の他方がクリップ２０の外側にある。膜１２の分離層が供給液スペーサ１４に面する。図示したクリップ２０は、クリップ２０の底部から、第１の膜１２、供給液スペーサ１４、第２の膜１２、及び透過液キャリア１６の順序で示される。しかしながら、クリップ２０は、供給液スペーサ１４、第２の膜１２、又は透過液キャリア１６から始まってもよい。複数のクリップ２０が互いに積み重ねられると、連続した膜１２は、供給液スペーサ１４及び透過液キャリア１６の交互の層によって離間される。適宜、完全なクリップ２０を形成しない追加の層がスタック１０の上部、底部、又は両方にあってもよい。スタック１０は、１つのクリップ２０又は複数のクリップ２０を有することができる。複数のクリップ２０は、クリップ２０として予め組み立てられ積み重ねられてスタック１０を形成する。
【００１４】
スタック１０の材料の層は、螺旋巻き膜を作製する際に使用する材料と同一であってよい。例えば、膜１２は、支持構造上に流し込まれた薄膜複合材の逆浸透膜又はナノ濾過膜であってよい。供給液スペーサ１４は、拡張したプラスチックメッシュであってよい。透過液キャリア１６はトリコットニット生地であってよい。
【００１５】
本明細書の目的で、図１に示す参考寸法を用いてスタック１０を説明する。材料のシートの長い方の寸法を長さＬと呼ぶ。材料のシートの短い方の寸法を幅Ｗと呼ぶ。材料の面に垂直な寸法を厚さＴと呼ぶ。
【００１６】
スタック１０の長さＬは一般的な膜材料の幅に限定されず、１．５メートルより長くてもよい。長いスタック１０は、スタック１０の長さＬに垂直なシールの、単位面積当たりの数が少ないため、膜１２の単位面積当たりの有効濾過面積が大きくなり得る。長いスタック１０は、同様の長さの鎖状の螺旋巻きモジュールにおいてモジュール間に形成する必要のある、伸縮防止装置、Ｏリング、モジュールの相互接続、及びその他の部品をなくすこともできる。
【００１７】
さらに図１を参照すると、層の上のＸマークの線（すなわちＸＸＸＸＸＸＸＸＸ）は、シールの両側における２枚の膜１２の間のシールを示す。シールは、中間層を通して膜１２の間に直接、又は両方の膜１２から中間層へのシールによって作製することができる。供給液スペーサ１４の上下の膜１２は、供給液スペーサ１４の長さに沿って封止される。透過液キャリア１６の上下の膜１２は、透過液キャリア１６の幅に沿って封止される。バリアシート１８に隣接する供給液スペーサ１４又は透過液キャリア１６によってバリアシート１８から分離された膜１２は、直接、中間層を通して、又はバリアシート１８に封止される中間層への封止により、バリアシート１８に封止される。供給液スペーサ１４及び関連するシールは、スタック１０の端部で開いた、スタック１０の長さを通して延びる略平坦な供給液チャネルを形成する。透過液キャリア１６及び関連するシールは、スタック１０の端部で閉じた略平坦な透過液チャネルを形成する。透過液チャネルはスタック１０の両側で開いていても、スタック１０の一側で開いていても、スタック１０の４辺すべてで閉じていてもよい。
【００１８】
シールは、螺旋巻き膜を作製するものとして知られている任意の方法により作製することができる。例えば、シールは、材料のシートの折畳み部分であっても、シール剤により作られたものであってもよい。適切なシール剤として、ウレタン、エポキシ、シリコーン、アクリレート、及びホットメルト接着剤が挙げられる。例えば、シールは、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を基剤としたホットメルト接着剤により作製されてもよい。シール剤により作製されたシールは、スタック１０が圧縮された後、又は圧縮中に硬化されることが好ましい。しかしながら、螺旋巻き膜モジュールと異なり、シール剤の硬化中に材料のシートを互いに対して摺動させる必要なく、スタック１０を組み立てることができる。したがって、螺旋巻きモジュールの作製時に使用するには接着が速すぎる方法によって、シールを作製することができる。例えば、熱溶着、レーザ溶着もしくは超音波溶着により、又は急速硬化シール剤により、シールを作製することができる。或いは、供給液スペーサ１４又は透過液キャリア１６の周りで２枚の膜１２を接合するテープの線によって、シールを作製してもよい。
【００１９】
シールは、設計圧力に十分に耐える強度を有しつつ、できるだけスタックの縁部近くでサイズ決めされ配置されることが好ましい。圧延中の層の動きに対応する必要はないため、螺旋巻きモジュールに対して、より高い割合の膜原料が、スタック１０の活性膜面積となることができる。要素が長いほど、使用される膜材料の割合としての活性膜面積が大きくなる。急速に硬化するシールほど、より正確に配置することができるため、幅広のシールの必要が減り、さらに活性膜面積が大きくなる。インターネットを使ったプロセスで層の動きを正確に制御することができ、これも、幅広のシールの必要を減らすのに役立つ。
【００２０】
図１では、供給液スペーサ１４が、その長さの縁部に沿って、上下の膜１２に封止される。適宜、供給液スペーサ１４の縁部のすぐ隣で、２枚の膜１２を互いに封止することができる。この場合、供給液スペーサ１４の幅は膜１２の幅よりも小さい。膜１２の縁部は、例えばシール剤又は音波溶着もしくは熱溶着により引き合わされ、取り付けられる。供給液スペーサ１４がシールに含まれる必要はない。しかしながら、供給液スペーサ１４は適宜、少なくとも部分的にシール内に突出して、供給液スペーサ１４の動きを阻害することができる。これによって、より高いクロスフロー速度又は供給圧力をスタック１０に加えることができる。図１では、透過液キャリア１６も、その幅の縁部に沿って上下の膜１２に封止される。供給液スペーサ１４について説明したように、透過液キャリア１６の縁部の隣で、２枚の膜１２を互いに封止することができる。
【００２１】
２枚の膜１２とこれらの間に封止された供給液スペーサ１４との部分組立体を、縁部封止装置によりこれら３つの層を広げることによって、基本的に連続して作製することができる。縁部封止装置通過後に部分組立体を切片に切り分けて、クリップ２０及びスタック１０の構築に使用する切片を形成することができる。適宜、透過液キャリア１６を上部膜１２の上に広げて、層が切片に切り分けられる前に、図１に示すようなクリップ２０を形成することができる。点状のシール剤又はスポット溶着を用いて、透過液キャリア１６が膜１２に対して摺動しないようにすることができる。
【００２２】
このようにして予め作製されたクリップ２０があってもなくても、クリップ２０の透過液キャリア１６にシール剤を塗布し、別のクリップ２０を上部に配置し、これらの段階を所望のスタック１０の高さに達するまで繰り返すことによって、スタック１０を組み立てる。図１に示すように、バリア層１８及び下部透過液キャリア１６と関連するシール剤の線とを加えてもよいが、必ずしも必要ではない。図１に示すように、シール剤を２本の線で透過液キャリア１６に塗布して、透過液側のクロスフロースタックを形成することができる。或いは、シール剤を３辺パターン（図８の接着層６０と同様）で透過液キャリア１６に塗布して、透過液が一縁部のみから引き抜かれるスタックをもたらすことができる。接着剤が硬化する間に、スタック１０を２枚の平坦な板の間で圧縮することが好ましい。
【００２３】
図２は、モジュールとも呼ばれるフィルタ要素２２を示す。要素２２は、スタック１０を囲むシェル２４を有する。シェル２４は剛性で、スタック１０に加わる供給水の圧力に最小の撓みで耐えることができると好ましい。シェル２４は非多孔性であり、例えば、ＡＢＳ等のプラスチック又はステンレス鋼から作製することができる。図示したシェル２４は、２枚の上部パネル２６、２枚の側部パネル２８、及び２枚の端部パネル３０から作製される。上部パネル２６は、特定の一方について言及するときには、上部パネル２６及び底部パネル２６と呼ぶことができる。パネル２６、２８、３０を共に接着又は溶着することができる。しかしながら、その他の形状及び構成方法を使用してもよい。シェル２４、特に上部パネル２６を、その有効厚さを大きくして変形を減らすように形成してもよい。
【００２４】
特に図４を参照すると、単に例示を簡単にするために、スタック１０が離間した数枚の層のみで示される。しかしながら、組み立てられると、スタック１０の層は互いに直接重ねて配置される。スタックの最上層及び最下層が、少なくとも使用時にシェル２４の上部パネル２６に当接する。このようにして、供給水が圧力によりスタック１０に加えられるときに、上部パネル２６によって、スタック１０がシールに損傷を与える程度まで広がることがなくなる。適宜、上部パネル２６をスタック１０に封止することができる。
【００２５】
パネル２６、２８、３０は互いに取り付けられ封止されて、例えば接着剤又は超音波溶着によりシェル２４を作製する。１つの組立手順では、上部パネル２６の一方を除いてシェル２４が作製される。スタック１０がシェル２４内に配置され、適宜、底部パネル２６に封止される。角部シール３２が定位置に流し込まれる。角部シール３２が硬化している間に、残りの上部パネル２６が取り付けられ、適宜、スタック１０に封止される。別の組立手順では、側部パネル２８の一方を除いてシェル２４が組み立てられる。スタック１０がシェル２４内に挿入される。角部シール３２がシェル２４に注入される。適宜、シェル２４の角部の外側を角部シール３２により形成することができる。これらの選択肢のいずれにおいても、側部パネル２８及び端部パネル３０は、上部パネル２６がスタック１０を圧縮するようにサイズ決めされることが好ましい。
【００２６】
特に図３を参照すると、角部シール３２は、スタック１０の周りのシェル内部を１つ以上の端部区画３４、及び適宜、１つ以上の側部区画３６に分離する。角部シール３２は、シェル２４及びスタック１０に封止する。角部シール３２は、例えば、ホットメルト接着剤、エポキシ、又はウレタン等のシール剤から作製することができる。各端部区画３４は供給液スペーサ１４と流体連通する。側部区画３６がある場合、各側部区画３６は透過液キャリア１６と流体連通する。
【００２７】
供給液ポート３８が１つの端部パネル３０に設けられて、供給水源を要素２２に接続する。適宜、保持液ポート４０を他の端部パネル３０に設けて、濃縮水又はブラインとも呼ばれる保持液を除去してもよい。別の選択肢では、供給液を、要素２２の両端部のポート３８、４０から供給することができる。透過液ポート４２が各側部区画３６について設けられて、要素２２からの透過液を除去する。
【００２８】
側部区画３６はオプションであるが、透過液キャリア１６の両側に側部区画３６があると、スタック１０の単位幅Ｗあたりの透過液経路の長さを短くすることができる。これにより、１つの側部区画３６を有するモジュールに対して正味濾過圧力を増加させることができる。或いは、２つの側部区画３６を有する要素２２を、要素２２の透過液側のクロスフローと共に使用することができる。
【００２９】
要素２２は、基本的に任意の厚さＴのスタック１０の周りに構築することができる。側部パネル２８及び端部パネル３０は、厚さＴが増加するにつれて強度が大きくなる必要があるが、単位膜面積当たりの上部パネル２２の数は、厚さＴが増加するにつれて小さくなる。厚さＴは、シェル２４により消費される材料を最適化するように選択することができる。或いは、より小さい厚さＴを選択して、より容易に拡大縮小できるシステムを可能にすることができ、交換又は修理のために個々の要素２２をより小さくすることができる。
【００３０】
図５〜図７は第２の要素５０を示す。第２の要素５０は要素２２と同様であるが、第２の要素５０には基本的に側部区画３６がない。代わりに、透過液が、スタック１０及び上部パネル２６の孔を貫通するスピゴット５２を通して除去される。スピゴット５２は、１つ以上の開口部５４を有して、透過液を第２のスタック４８内から収集する。供給液スペーサ１４の孔の周りのリング５６により、供給水がスピゴット５２に入らないようにする。リング５６の厚さが図６で誇張されている。リング５６は供給液スペーサ１４を貫通し、第２のスタック４８がシェル２４内にあるときに隣接する膜１２に対して圧縮されるのに十分な厚さを少なくとも有する。
【００３１】
リング５６を、例えば、供給液スペーサ１４の孔の中に配置された、予め作られた弾性材料から作製することができる。或いは、リング５６を、リング５６に埋め込まれた供給液スペーサの一部により、定位置に流し込まれた硬化性シール剤、例えばホットメルト接着剤から作製してもよい。シール剤が隣接する膜１２に結合するように硬化する前に、スタック１０を組み立てることができる。或いは、シール剤を予め硬化させてもよい。弾性材料又は予め硬化されたシール剤から作製されたリング５６により、スタック１０が組み立てられると、追加のシール剤をリング５６と隣接する膜１２との間に塗布することができ、又は、膜１２が加えられてリング５６を膜１２に封止した後に、リング５６を再加熱してもよい。供給液スペーサ１４の縁部に沿ったシールを、例えばリング５６について説明したように、膜に封止されたストリップにより同様の方法で作製することができる。スピゴット５２は、例えば接着剤５８によりシェル２４に封止される。
【００３２】
透過液がスピゴット５２から引き抜かれるため、透過液キャリア１６の両側の膜１２は、一般的に、４つの縁部のすべてにおいて共に封止される。この場合、第２の要素５０の透過液側は供給液側から分離されるが、角部シール３２を第２の要素５０の１以上の端部上で引き続き使用して、供給水が供給液スペーサ１４を迂回するのを防ぐことができる。第２のスタック４８をシェル２４又はバリア層１８に封止する必要はない。第２のスタック４８は、供給液スペーサ１４をその最初の層及び最後の層として有することができる。或いは、１つ以上の追加の角部シール３２を使用することができ、透過液キャリア１６の１つ以上の縁部を開いたままにして、図２〜図４のような１つ又は２つの側部区画３６から透過液を収集することもできる。
【００３３】
図８は、第３のスタック６２を作製するためのプロセスの一部を示す。第３のスタック６２では、２層の膜１２が設けられ、シート又は膜材料を供給液スペーサ１４の周りで折り畳むことによって１つのシールが形成される。螺旋巻き膜の作製時に使用されるタイプの、ホットメルト接着剤等のシール剤を用いて、接着層６０が作製される。接着層６０は、図８の上部膜１２に見られるパターンに配置される。しかしながら、接着層６０を、各組の透過液スペーサ１６及び隣接する膜シート１２の透過液スペーサ１６又は膜シート１２に配置してもよい。第３のスタック６２のすべての層が組み立てられた後、スタックが圧縮されて、接着層を透過液スペーサ１６に貫通させる。接着剤は、第３のスタック６２が圧縮されている間に硬化することができる。このようにして、膜１２、又は透過液スペーサ１６により分離される膜１２及びバリア層１８の対が互いに封止される。
【００３４】
組立て中に第３のスタック６２の層の位置合わせを助けるため、接着層６０の塗布中に、第３のスタック６２の一縁部の長さＬを締め付けてもよい。或いは、第３のスタック６２のその縁部を超音波溶着して、溶着部に平行な接着層６０の部分を塗布する必要をなくしてもよい。第３のスタック６２の上層は、最初に、任意の必要な接着層６０が下層に塗布されるまで、締付部又は溶着部上に折り畳まれる。
【００３５】
第３のスタック６２は、１つの側部区画３６及び透過液ポート４２のみを使用する点を除いて、図２〜図４に示すようなシェル２４内に設置することができる。第３のスタック６２は、図８で方向付けされているように、第３のスタック６２の右側の長さに沿ってのみ透過液を放出する。供給液スペーサ１４はまた、（図８で方向付けされているように）第３のスタック６２の左側に沿って、隣接する膜１２に封止される必要がある。このシールは、第３のスタックの左側全体を通した溶着により行われてもよい。或いは、供給液スペーサ１４が、図５〜図７及び図１４のリング５６又は縁部プレシール１１４について説明する方法のいずれかでシールを形成する、左側に沿ったシール剤を有していてもよい。
【００３６】
別の代替方法として、第３のスタック６２が図９に示すように組み立てられた後に注封することにより、供給液スペーサ１４の左側を封止することができる。図９では、第３のスタック６２が第２のシェル６４の縁部に挿入される。第２のシェル６４は、２枚の上部パネル２６及び側部パネル２８の等価物を形成するシートを有する。側部区画３６は、第２のシェル６４の略半円形の湾曲部により画成される。図１０に示す追加の湾曲シートが、端部パネル３０の等価物をもたらす。第２のシェル６４の湾曲部により、第２のシェル６４を拡張させて第３のスタック６２を挿入することができる。図１０にも見られる２つの角部シール３２は、第３のスタック６２が挿入された後に定位置に流し込まれ、湾曲部の角部を接合する。第２のシェル６４から突出する第３のスタック６２の過剰な材料は、第２のシェル６４の縁部と同一平面になるように、又は縁部から所望の距離になるように切り取ることができる。
【００３７】
供給液スペーサ１４を注封することにより、膜１２を供給液スペーサ１４に封止し、第２の側部パネル２８及びさらに２つの角部シール３２の等価物を形成する。供給液スペーサ１４を注封するために、組立体が液体の注封用樹脂７４を含むパン７０に挿入される。適宜、遮断ストリップ７２により、注封用樹脂７４が供給液スペーサ１４内まで流れないようにすることができる。図９に示す遮断ストリップ７２はスタック１０から突出するが、或いは遮断ストリップ７２がスタック１０内で凹んで、一部の注封用樹脂７４がスタック１０に浸透できるようにしてもよい。遮断ストリップ７２は、供給液スペーサ１４内のホットメルト接着剤等のシール剤を予め硬化することによって作製することができる。或いは、遮断ストリップ７２を省いて、供給液ポート３８又は保持液ポート４０に真空を加えることにより、粘性の注封用樹脂７４を供給液スペーサ内に引き込んでもよい。注封用樹脂７４が硬化して固体になった後、今度は第４の要素７８を形成する組立体が、パン７０から引き抜かれる。適宜、樹脂のブロックを切取り線７６に沿って切ることができる。図１０は完成した第４の要素７８を示す。
【００３８】
図１１は、クリップ２０を略連続して組み立てるためのシステム８０を示す。クリップ２０を任意の長さに作製し、後でスタック１０、４８、６２を作製するための切片に切断することができる。本例のクリップ２０は、底部から、供給液スペーサ１４、膜１２、透過液キャリア１６、及び別の膜１２を有する。適宜、膜１２、透過液キャリア１６、及び別の膜１２を含むクリップの一部を、後でスタック１０、４８、６２を組み立てるときに加えられる供給液スペーサ１４と共に、システム８０内で作製することができる。別の選択肢では、膜１２、供給液スペーサ１４、及び別の膜１２を含むクリップ２０の一部を、後でスタック１０、４８、６２を組み立てるときに加えられる透過液キャリア１６と共に、システム８０内で作製することができる（層の順序は図１１に対して変化させる）。
【００３９】
層の各々がロールから供給される。図１１の例では、供給液スペーサロール８２が第１の膜ロール８４の下に位置し、第１の膜ロール８４は透過液キャリアロール８６の下にあり、透過液キャリアロール８６は第２の膜ロール８８の下にある。層は種々の遊びロール８１上を通過することができる。遊びロール８１は、ツール（以下で説明する）が層の上で動作する必要に応じて層を位置決めすることができる。遊びロール８１はまた、一対のニップローラ８７に供給するための層を位置合わせする。ニップローラ８７は、層に塗布されたシール剤を圧縮して、シール剤を、供給液スペーサ１４、透過液キャリア１６、又は膜１２の支持層の１つ以上に浸透させる。ニップローラ８７の一方又は両方を、ゴム又はシリコーン等の弾性材料から作製することができ、又は弾性材料で覆うことができる。弾性材料は、ニップローラ８７がシール剤のビーズを含む層を取り込み、さらに層の厚さの和近くまで圧縮されたクリップ２０を作製するのを助ける。
【００４０】
ニップローラ８７はまた、これにより得られたクリップ２０をニップローラ８７の長さ方向に平坦化する。ニップローラ８７の一方又は両方を加熱して、ニップ内での短い滞在時間の間、シール剤が流れるのを助けることができる。螺旋巻き膜の作製に使用されるタイプのシール剤を使用することができるが、より低粘性で急速に硬化する配合のシール剤が好ましい。
【００４１】
シール剤が、１つ以上のノズル８５から透過液キャリア１６に塗布される。ノズル８５を透過液キャリア１６にわたって、かつ透過液キャリア１６に沿って動かすことができるように、ノズル８５をサーボ制御テーブル上に吊り下げてもよい。例えば、透過液キャリア１６の幅にわたってシール剤の線を作るために、ノズル８５が、透過液キャリア１６と同一速度でニップローラ８７に向かって動きつつ、透過液キャリア１６にわたって動く。透過液キャリア１６の縁部に沿ってシール剤の線を作るために、ノズル８５は、透過液キャリア１６の幅に対して適切な位置にとどまるが、ニップローラ８７から後退して、透過液キャリア１６の幅にわたって別の線を作る準備が整う。これらの動きを、シール剤を供給する定量ポンプのオン／オフと組合せることにより、ノズル８５は透過液キャリア上に種々のパターンを作ることができる。例えば、ノズル８５は、図１に示すようなシール剤の平行線、図８に示すような３辺パターン、又は図６に示すような４辺パターンを作ることができる。
【００４２】
オプションのノズル８３は、シール剤を供給液スペーサ１４に塗布する。例えば、点状のシール剤を塗布して、供給液スペーサ１４を他の層に対して維持することができる。この場合、クリップ２０がスタックに組み立てられたときに、シール剤の線全体が供給液スペーサ１４に塗布される。或いは、ノズル８３は、図１に示すような供給液スペーサの縁部に沿ってシール剤の線全体を塗布することができる。この場合、シール剤は、クリップ２０のスタック１０に熱を加えて隣接するクリップ２０を共に封止することにより再活性化される高温の熱可塑性シール剤であってよく、又はスタック１０を組み立てる間に追加のシール剤を塗布してもよい。必要であれば、仮のバリアシート１８を供給液スペーサ１４の下で広げて、シール剤が下部ニップローラ８７に付着しないようにすることができる。或いは、供給液スペーサ１４を２枚の膜１２の間で広げることができる。ノズル８３又は別の特殊なノズルを使用して、図５〜図７に示すようなリング５６を供給液スペーサ１４に当ててもよい。
【００４３】
システム８０を使用して図５〜図７のような第２の要素５０を作製する場合、透過液キャリア１６上の４辺シール剤パターンは、膜１２の間の過剰な空気のポケットを取り込むことができる。これにより、層が共に圧縮されないようにすることができる。ニップローラ８７は、層が前進するにつれて過剰な空気を押し出すことにより、この問題を阻止する。しかしながら、いずれにしても、スピゴット５２用に孔を開けることになるため、膜１２が透過液キャリア１６の周りで圧縮される前に膜１２に孔を開けて、空気が逃げる別の経路を設けることができる。システム８０では、ニップローラ８７上流のブロック９３及びダイ９１により孔を開けることができる。ダイ９１は、システム８０の線速度を与えられると、スピゴットの間隔で孔を作る頻度で作動する。
【００４４】
ニップローラ８７を使用せずに第２の要素５０を構成する他の方法において、透過液キャリア１６に封止された２枚の膜１２のパケットを構成する前に、スピゴット５２が位置することになる領域で膜１２に孔を開けることが有用である。１つ以上の孔は、透過液キャリア１６の周りに封止された２枚の膜１２を含むパケットの一方の膜１２のみに必要とされる。
【００４５】
透過液キャリア１６への封止前に膜１２に作られた孔は、スピゴット５２を収容するのに必要な最終的なサイズであってよい。しかしながら、システム８０では、層が、大きな孔を正確に開けることを困難にする線速度で移動している可能性がある。その場合、空気を放出するのに十分な小さい孔をシステム８０によって開けることができ、スピゴット５２用のより大きい孔を後から作ることができる。
【００４６】
図１２は、スピゴット５２用のより大きい孔を作るための機械９０を示す。クリップ２０又は他の層の組立体は、コントローラ９８により制御される歯車付きローラ９２によって供給される。またコントローラ９８は、センサ９４及びパンチ９６に接続される。コントローラ９８は、センサ９４が空気放出孔を検出するまでクリップ２０を前進させる。その後、コントローラ９８は、ローラ９２に、空気放出孔をダイ９６の領域内の位置まで前進させる。適宜、コントローラは、パンチ９６が動作する間、ローラ９２をこの点で停止させることができる。コントローラ９８は、ブロック１００に孔を開けるようパンチ９６に指示する。しかしながら、空気放出孔が正確に位置していないおそれがあるため、コントローラ９８はクリップを必要に応じて前進させて、スピゴット５２の間に所望の間隔を設ける。空気放出孔の位置を検出して、空気放出孔がスピゴット孔の中に位置することになるかどうかを確認する。スピゴット孔の中に位置する場合には、スピゴット孔を開け、機械９０は次のスピゴット孔を作りに行く。スピゴット孔の中に位置しない場合、コントローラ９８は、クリップ２０の一部に欠陥があることを示す警報を送り、パンチ９６の中心に次の空気放出孔を付けることによってリセットする。或いは、膜１２又はクリップ２０に孔を付けるプロセスを、回転ダイカッタを用いて行ってもよい。これは、機械９０又はシステム８０の空気放出孔又はスピゴット孔に当てはまる。
【００４７】
空気放出孔がシステム８０によって作られないときに、機械９０を使用してスピゴット孔を作ってもよい。この場合、センサ９４を省き、機械９０がクリップ２０を必要に応じて前進させて、所望の位置にスピゴット孔を作る。適宜、機械９０にカッタも装着して、スピゴット孔を特定の位置に有する所要の長さのクリップ切片を作製してもよい。
【００４８】
オプションの組立方法では、空気放出孔、スピゴット孔、又は他の位置決め孔を使用して、複数のクリップ２０を互いに重ね合わせてスタックを形成するときに、複数のクリップ２０を位置合わせする。例えば、スピゴット５２が位置することになる場所の中心に垂直ピンを有する治具に、クリップ２０を重ねることができる。すべての層が定位置に置かれると、ピンが引き抜かれる。必要であれば、パンチ又は他の孔作製装置をスタック１０全体に押し通して、孔をスピゴット孔のサイズまで拡大する。
【００４９】
図５〜図７のような第２の要素５０をさらに考慮すると、スタック１０が組み立てられるときに、リング５６の間又はリングの上もしくは下の領域で、リング５６が透過液キャリア１６を圧縮する傾向がある。透過液キャリア１６は、圧縮されると、スピゴット５２への透過液の流れに対する耐性が高まる。図１３を参照すると、透過液キャリア１６のスピゴット孔１１０は、リング５６による圧縮に耐えるように適宜補強される。本例では、ＥＶＡ又はその他のホットメルト接着剤等のシール剤の半径方向線１１２が、スピゴット孔１１０の周りの透過液キャリア１６に埋め込まれる。
【００５０】
図１４は、図５〜図７にあるような第２の要素５０への組付けに対して予め調整された供給液スペーサ１４の例を示す。供給液スペーサ１４は、空気放出孔、位置決め孔、又は完全なサイズのスピゴット孔の周りにＥＶＡ等のホットメルト接着剤を塗布し硬化させることによって作製されたリングを有する。縁部プレシール１１４が、ホットメルト接着剤を塗布し硬化させることにより、供給液空間の長さに沿って塗布される。適宜、供給液スペーサ１４の１つ以上の角部は、凹部１１６を有して、角部シール３２が供給液スペーサ１４の周りの膜１２に付着するのを助けることができる。同様の凹部１１６を、角部シール３２を有する他の要素と共に使用してもよい。例えば、透過液キャリア１６の周りに予め封止された膜１２のパケットと交互にすることにより、供給液スペーサ１４がスタック１０に組み付けられる。リング５６及び縁部プレシール１１４が膜１２に押し付けられる前に、リング５６及び縁部プレシール１１４に追加のシール剤を塗布することにより、リング５６及び縁部プレシール１１４を隣接する膜１２に封止することができる。この場合、追加のシール剤は低粘性及び急速な硬化時間を有することができる。或いは、スタック１０を追加のシール剤なしで組み立てることができる。この場合、リング５６及び縁部プレシール１１４のホットメルト接着剤が少なくとも部分的に溶融して膜１２に付着するように、組付け後にスタック１０が再加熱される。
【００５１】
リング５６及び縁部プレシール１１４の高さは、供給液スペーサ１４の厚さに近いことが好ましい。図１５は、リング５６、縁部プレシール１１４、又は両方を塗布するプロセスで使用されるプレス機１２０を示す。リング５６の周りのプレス機１２０の一部が示されるが、より大きいプレス機を使用して縁部プレシール１１４を塗布してもよい。プレス機１２０は、上板１２２及び下板１２８を有する。板１２２、１２８の少なくとも１つが、加熱要素１３０を有することが好ましい。溶融ホットメルト接着剤を有する供給液スペーサ１１４が板１２２、１２８の間に挿入され、板１２２、１２８が供給液スペーサ１４の厚さまで引き合わされる。しかしながら、供給液スペーサ１４は非常に薄く（例えば、約０．０２９インチ厚さ）、ホットメルト接着剤を押し付けるだけでは、供給液スペーサ１４よりも３０％以上厚くなり得る部分を有する不均一な厚さのリング５６が作られる傾向がある。板１２２、１２８の少なくとも一方を加熱し、供給液スペーサ１４をプレス機１２０にしばらく、例えば１０分以上残すと、過剰な厚さが所望の厚さの数パーセント以内まで減少する。適宜、剥離層１２６を供給液スペーサ１４の上下で使用してもよい。断熱層１２４は、剥離層１２６がプレス機１２０に対して溶融しないようにする。図示した例では、断熱層１２４が透過液キャリア１６のシートである。加えて、透過液キャリア１６は、プレス機１２０から空気が逃げるための経路をもたらす。
【００５２】
この説明は、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示し、装置又はシステムの作製及び使用、並びに組み込まれた方法の実施を含む本発明を当業者が実施できるようにする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2016500335.tif 000019
2016500335.tif 000020
2016500335.tif 000021
2016500335.tif 000022