JP2002537104A - ろ液導管網を備えたクロスフローろ過装置およびその製造方法 - Google Patents

ろ液導管網を備えたクロスフローろ過装置およびその製造方法

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    • B01D2319/04—Elements in parallel

Abstract

(57)【要約】 供給端面で供給材料を受け取り、供給材料をろ液とレテンテートに分離するクロスフローろ過装置（１０）。この装置は、多孔質材料から成る実質的に平行な複数のモノリス・セグメントから形成された構造を有し、それぞれのセグメントは構造の供給端面からレテンテート面まで縦に延びる複数の通路（１１）を有する。この構造は、セグメントの配置によって形成されたセグメント間ろ液導管と、少なくとも１つのセグメントの内部の少なくとも１つのセグメント内ろ液導管（１４）の両方から成る液導管網を含む。ろ液導管網は、通路から多孔質材料を通って近くのろ液導管までろ液を流す低圧滴下流路を提供し、少なくともいくつかの通路が介在する通路によってろ液導管から分離され、これによって高い通路表面積−装置体積比および高いろ液除去速度が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （先行出願への参照） 本出願は、１９９９年２月２２日出願の米国暫定特許出願第６０／１２１１６
２号の恩典を参照によって組み込み、これを請求する。
【０００２】 （発明の背景） 供給材料を、その大きさのためにフィルタの細孔構造を通過できずに保持され
た懸濁物とろ液とに分離するろ過装置は多数ある。ストレートスルー（ｓｔｒａ
ｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）フィルタは、フィルタの表面またはフィルタ・マト
リックスの内部に懸濁物を保持し、ろ液だけを通過させる。クロスフロー（ｃｒ
ｏｓｓ−ｆｌｏｗ）フィルタは、フィルタ表面を横断方向に流れる接線流を用い
て作動し、この接線流がフィルタ表面の細孔を通過することができない懸濁物を
流し去る。クロスフロー・フィルタでは、装置のある部分からレテンテートすな
わち濃縮された懸濁物が連続抽出され、別の部分からろ液が連続抽出される。
【０００３】 当技術分野ではよく知られているとおり、クロスフロー・フィルタのろ過速度
は一般に、フィルタ表面に蓄積したフィルタ・ケーキの抵抗によって制限される
。このケーキの厚さおよびこれに対応する抵抗はクロスフローの速度によって制
御される。保持された懸濁物の濃度分極によってケーキの厚さが制御されるこの
現象は、技術文献に詳細に説明されている。最大ろ過速度を得るためクロスフロ
ー・フィルタは通常、ろ液流に対する抵抗がフィルタ・ケーキのそれに比べて低
い多孔質材料から構築される。すなわち、作動時、多孔質フィルタ自体を横切る
圧力降下はフィルタ・ケーキを横切る圧力降下に比べ小さく、後者の抵抗は、フ
ィルタ表面を横切る流動状態によって決められる。
【０００４】 クロスフロー・フィルタは、多通路多孔質モノリスを使用して構築することが
できる。このようなモノリスは、モノリス中を延びる数十から数千もの通路を有
する。これらの通路は通常、均等な間隔で平行に配置されている。使用時には、
モノリスの一端に供給材料が加圧導入され、これが通路を通って平行に流れ、装
置の下流端からレテンテートとして回収される。
【０００５】 通路を分離する多孔質モノリスの壁に入ったろ液は、合流しながら壁の中をモ
ノリスの外縁に向かって流れ、モノリスの外皮を通して除去される。モノリス通
路壁の曲がりくねった流路の流動抵抗がろ過能力を大幅に制限することがあり、
そのため、大径、大表面積の多通路多孔質モノリスに基づくクロスフロー・フィ
ルタは、この制限を克服するなんらかの手段が組み込まれているものを除き、商
業的に使用されているものはない。
【０００６】 膜装置は、半透膜を利用してろ液をレテンテートから分離する。ろ液は透過液
とも呼ばれる。粒子、コロイド、巨大分子、低分子量分子を分離、濃縮し、ガス
を分離する多くのさまざまな圧力駆動膜装置がある。膜は一般に、膜と一体の、
または膜とは別個の機械的支持を必要とする。例えば、多孔質支持材料の上に膜
をコーティングすること、または単純に、多孔質支持材料によって膜を機械的に
支持することができる。
【０００７】 多通路多孔質モノリスは、膜支持体として特に有用である。この場合、膜は通
路壁に適用され、したがって通路壁は、機械的支持とろ液収集ゾーンへろ液を除
去する流路の両方の働きをする。モノリス通路壁の高い流動抵抗は厄介である。
第１に、例えば動的形成手順による膜の十分な形成を妨げる。第２に、他の方法
で膜をモノリス通路壁に適用できた場合でも、ろ液流に対する通路壁の抵抗は装
置能力を制限する。この制限条件は、このような装置の開発者、例えば、１９７
８年１月１７日発行の米国特許第４０６９１５７号のＨｏｏｖｅｒおよびＲｏｂ
ｅｒｔｓによって明らかに認識されている。この特許は、いくつかのパラメータ
の値を特定の範囲に限定することによってこのような制限を解決することを教示
している。すなわち、単位体積あたりの通路表面積、支持体の空隙率、および支
持体全体積に対する通路を除く支持体材料の体積割合をある範囲内に限定し、こ
れらを組み合わせて支持体の透過係数を許容範囲内に限定する。
【０００８】 モノリス・ベースの他の膜装置が、米国、フランス、ドイツ、イギリス、オラ
ンダ、日本および中国を含む多くの国で開発されている。これらの装置について
も実務者は、支持体の透過性の制限を認識しており、この制限を一般に、直径が
全体に小さく、供給通路が比較的に少なく、細孔サイズの大きなモノリスの使用
によって克服している。いくつかの市販の膜装置では、円筒形のハウジングの内
部に配分したそれぞれが最高３７本の通路を有するいくつかの小径モノリスを利
用している。ろ液は、それぞれのモノリスの側面から滲み出し、他のモノリスか
らのろ液と混合され、その後、集められる。これらの装置の全体的なパッキング
密度、すなわち単位体積あたりの膜面積は比較的に小さい。
【０００９】 上記のソースが膜装置の支持体として使用するモノリスは全て、支持体全体に
わたって実質的に均等に配置された通路を使用するという共通の特徴を持つ。こ
の制約のため、製品開発者はろ液流路の制限を回避するため、先に参照した特許
でＨｏｏｖｅｒおよびＲｏｂｅｒｔｓが詳述しているような変量を用いて開発を
行った。
【００１０】 このように多孔質モノリスの通路壁の流動抵抗は、クロスフローろ過装置また
は膜装置の膜支持体としてモノリスを使用する際の制限因子となる。さらに、装
置のパッキング密度すなわち単位体積あたりの有効フィルタまたは膜面積が増大
するにつれ、この制限はますます厳しくなる。
【００１１】 モノリス・ベースの装置の他の開発者は、モノリス装置の側面に沿ったろ液除
去以外のろ液除去手段を使用している。このようなろ過装置の１つカテゴリは、
平衡圧力システムである。この装置では、１本または数本の通路を使用して、先
に引用したＨｏｏｖｅｒおよびＲｏｂｅｒｔｓの方法のような径方向の除去では
なしに、縦方向にろ液を除去する。このような装置には、１９７３年１月２３日
発行の米国特許第３７１２４７３号に記載のＥｌｌｅｎｂｕｒｇの装置、１９７
７年６月２８日発行の米国特許第４０３２４５４号に記載のＨｏｏｖｅｒおよび
Ｒｏｂｅｒｔｓの装置、および１９８０年９月１６日発行の米国特許第４２２２
８７４号に記載のＣｏｎｎｅｌｌｙの装置などがある。これらの装置でこのろ液
除去モードが選択された主な理由は、供給材料でモノリスの外表面を加圧してモ
ノリスを圧縮力が加わった状態に保つことができ、これによってモノリスの機械
的故障の可能性を最小化することができるためである。Ｃｏｎｎｅｌｌｙはさら
に、大径モノリスの内部での中央の縦のろ液ダクトまでの径方向のろ液流に対す
る抵抗を低減する径方向ろ液ダクトの使用も教示している。このような径方向ろ
液ダクトは多孔質モノリス材料を貫通し、縦の通路と一切交差しない。この径方
向ろ液ダクト配置では、高パッキング密度モノリスの利用が物理的に難しい。Ｃ
ｏｎｎｅｌｌｙの装置のパッキング密度は、モノリス構造１ｍ3あたり供給通路
面積約３２８ｍ2（構造１立方フィートあたり約１００平方フィート）以下であ
る。
【００１２】 モノリス・ベース装置の他の開発者は、多流路体を達成する修正を提供してい
る。例えば、１９７７年８月１６日発行の米国特許第４０４１５９２号および１
９７８年１１月２１日発行の米国特許第４１２６１７８号に記載のＫｅｌｍの熱
交換装置、ならびに１９７７年８月１６日発行の米国特許第４０４１５９１号に
記載のＮｏｌｌ他の熱交換装置では、２つの流体が多流路体に別々に入り、多重
流路体の内部で別々に保持され、別々に排出される。２つの流体の間に熱交換は
起こるが、物質の移動は起こらない。ＫｅｌｍおよびＮｏｌｌ他は、多孔質体を
ろ過または浸透プロセスに使用することができると述べているが、それ以上の教
示はなされていない。
【００１３】 モノリス・ベース装置の他の開発者は、多流路体を提供する修正を提供してい
る。１９８４年１月２４日発行のＣｈａｒｐｉｎの米国特許第４４２７４２４号
には、微細孔ガス分離膜から製作された装置が開示されている。Ｓｃｈｎｅｄｅ
ｃｋｅｒの１９８２年７月６日発行の米国特許第４３３８２７３号、１９８４年
１月２４日発行の米国特許第４４２６７６２号、および１９８５年５月２１日発
行のＳｃｈｎｅｄｅｃｋｅｒ他の米国特許第４５１８６３５号には、熱交換およ
び限外ろ過に有用なこのような装置を製作する方法が記載されている。
【００１４】 ろ過装置または膜装置として考えたとき、Ｋｅｌｍ、Ｎｏｌｌ、Ｃｈａｒｐｉ
ｎおよびＳｃｈｎｅｄｅｃｋｅｒの装置は全て、物質の輸送が主に、高圧の供給
通路から隣接する壁を通して低圧のろ液通路に直接に実施されると考えられると
いう特徴を有する。したがって以上に引用した開示の装置では、それぞれの供給
通路がろ液通路に隣接する。
【００１５】 １９９７年６月２４日発行の米国特許第５６４１３３２号のＦａｂｅｒおよび
Ｆｒｏｓｔの装置は、膜支持体として使用したときのモノリスの透過液輸送能力
を向上させる手段としてさまざまな厚さの通路壁を有する単一モノリス・ベース
の膜装置を開示している。同様に、１９９９年１月５日発行の米国特許第５８５
５７８１号に記載のＹｏｒｉｔａ他の装置は、相対的に厚いモノリス通路壁セク
ションと相対的に薄い通路壁セクションを有し、相対的に厚いセクションにろ液
導管ホールが穿設された単一モノリス装置を開示している。Ｙｏｒｉｔａ他はさ
らに、ろ液導管を形成する複雑な開放スロットを有する単一モノリスを開示して
いる。
【００１６】 参照によって本明細書に組み込まれるＧｏｌｄｓｍｉｔｈの１９８８年１１月
１日発行の米国特許第４７８１８３１号、１９９１年４月２３日発行の第５００
９７８１号、１９９２年４月２８日発行の第５１０８６０１号には、クロスフロ
ーろ過装置および膜装置として使用するさまざまなモノリス構造が開示されてい
る。これらの構造は、モノリスと一緒に形成されたろ液導管を有する個々の大径
モノリス、ならびに個々のモノリス間の空間によって形成されたろ液導管を有す
るきっちりとパックされたモノリス構造に基づく。これらの装置は、構造の１つ
または複数の側面に沿った除去、管またはダクトおよび構造の端部を通した抽出
を含む、さまざまなろ液除去手段を可能にした。これらの装置は、内部ろ液導管
を有する単一の大きなモノリス、または内部ろ液導管を持たないより小さなモノ
リスのきっちりとパックされたアセンブリのいずれかを含み、両方を含むものは
ない。
【００１７】 クロスフローろ過装置および膜装置の生産コスト面の重要な考慮事項には、モ
ノリス自体のコストとモノリスを処理するため労働コストの両方が含まれる。直
径（または他の特性寸法）の小さなモノリスでは、モノリスの押出し、乾燥およ
び焼成のための設備に対するコストはそれほど大きくない。大径のモノリスを生
産するための設備コストは非常に高くなる可能性がある。さらに、大径のモノリ
スは乾燥、焼成が難しく、高生産歩留まりの達成も難しい。これらの考慮事項は
とりわけ、モノリス材料および通路構造の影響を受ける。しかし一般に、直径が
７インチを大幅に超えるモノリスでは高価な生産設備が必要となり、生産歩留ま
りは非常に低くなる。労働コストについて見ると、小さな寸法のモノリスの単位
フィルタ面積または単位膜面積あたりの労働コストは相対的に高い。モノリスが
大きくなるにつれ、単位フィルタ面積または単位膜面積あたりの労働コストは低
下する。そのため、モノリス・ベースのクロスフローろ過装置または膜装置の単
位面積あたりのコストは、モノリスの直径を大きくしていく途中で最小値をとる
ことが予想される。
【００１８】 この背景をもとに本発明は検討される。具体的には、多通路モノリスをクロス
フローろ過装置または膜装置として使用することに基づく既存の装置は全て、相
対的に小径のモノリスから成るアセンブリまたは内部ろ液導管を有する単一の大
径モノリスのいずれかを使用する。１つまたは複数の内部ろ液導管を含むモノリ
スのアセンブリはどの従来技術にも開示されていない。
【００１９】 （発明の分野） 本発明は、供給材料をろ液とレテンテートとに分離する改良型のクロスフロー
ろ過装置に関し、詳細には、装置内部から装置外部のろ液収集ゾーンへのろ液の
除去を強化する低流動抵抗のろ液導管網をその内部に有するクロスフローろ過装
置に関する。本発明はさらに、このようなクロスフローろ過装置を膜支持体とし
て使用する改良型の膜装置に関する。
【００２０】 （発明の概要） したがって本発明の目的は、装置構造内にろ液導管網を組み込むことによって
ろ液を装置から容易に除去する改良型のクロスフローろ過装置を提供することに
ある。
【００２１】 本発明の他の目的は、装置の体積に比べ通路の表面積が大きいクロスフローろ
過装置を提供することにある。
【００２２】 本発明の他の目的は、最も内側の通路と装置に関連した外部ろ液収集ゾーンと
の間にもろ液の低圧滴下流路を提供することによって実質的に全ての通路を効果
的に利用するクロスフローろ過装置を提供することにある。
【００２３】 本発明の他の目的は、その通路の表面に膜が支持されたモノリス膜装置で使用
する改良型の膜支持体を提供することにある。
【００２４】 本発明は、モノリス構造をクロスフロー装置に使用することにはコスト面およ
び技術面である制限があることを認識した結果である。直径（または他の特性寸
法）の小さなモノリスは一般に、ろ液を効果的に除去するろ液導管を必要としな
いが、単位フィルタ面積あたりの製作コストおよびハウジングへの取付けコスト
が高い。大径のモノリスは、モノリスの内部通路からのろ液の除去を強化するた
めに修正を必要とする。このことは効果的に実施することができるが、大径モノ
リスは、その生産に高価な設備を必要とし、製作が難しい。
【００２５】 本発明は、中間的な直径（または他の特性寸法）のモノリスを使用して大寸法
モノリスの利点を備えるクロスフローろ過装置を生み出すことができることを認
識した結果でもある。本発明は、中間的な直径（または類似の特性寸法）のモノ
リスを、モノリスが実質的に平行に配置された構造に組み立てることを含む。こ
の構造は、２種類のろ液導管を有する。第１のセグメント間ろ液導管はモノリス
・アセンブリの配置によって生み出され、この第１のセグメント間ろ液導管は、
モノリス自体の内部のセグメント内ろ液導管の使用によって補完される。本発明
は、ろ液導管のないモノリスのろ液除去の限界を回避し、大寸法のモノリスを製
作する困難を排除する。
【００２６】 本発明は、供給端面で供給材料を受け取り、供給材料をろ液とレテンテートに
分離するクロスフローろ過装置を取り扱う。多孔質材料から成る複数のモノリス
・セグメントの実質的に平行な配置を含む構造があり、それぞれのセグメントが
構造の供給端面からレテンテート端面まで縦に延びる複数の通路を含み、この通
路の中を供給材料が流れ、装置からレテンテートが排出される。装置の通路の表
面積は、構造１ｍ3あたり少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィートあたり少なく
とも１００平方フィート）ある。構造の外部にろ液収集ゾーンが提供され、この
構造は、ろ液収集ゾーンに向かってろ液を運ぶろ液導管網を有する。このろ液導
管網は、多孔質材料を通る代替流路よりも流動抵抗が低い経路を提供する。ろ液
導管網は、モノリス・セグメントの配置によって画定されたセグメント間ろ液導
管、および少なくとも１つのセグメントの内部の少なくとも１つのセグメント内
ろ液導管を含み、セグメント内ろ液導管は、セグメント間ろ液導管と連絡し、ま
たは他の方法でろ液収集ゾーンに向かってろ液を導く。ろ液導管網は、構造の両
端面のところで通路から分離され、少なくともいくつかの通路が介在する通路に
よって前記ろ液導管網から分離され、さらに、構造の供給端およびレテンテート
端からろ液収集ゾーンを分離する手段が提供される。
【００２７】 一実施形態では、モノリス多孔質材料がセラミック材料であり、セラミック材
料は、コーディエライト、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、チタニア
、スピネル、炭化ケイ素またはこれらの混合物から選択することができる。
【００２８】 モノリス・セグメントは、供給端面およびレテンテート端面のところでセグメ
ントの端部をチューブ・シート中にシールすることによって１つの構造に形成す
ることができる。セグメントの端部をシールするこの手段は、エラストマーまた
は金属製のＯリングまたは類似のシール、ゴム・ブーツ・シール、有機接着剤シ
ールあるいは無機セメント・シールによることができる。
【００２９】 他の実施形態では、セグメント間ろ液導管の一部分に沿ってモノリス・セグメ
ントを互いに接合することによって、モノリス・セグメントが一体構造に形成さ
れる。
【００３０】 ろ液収集ゾーンは構造の側面に沿って配置することができ、構造の供給端およ
びレテンテート端のところに配置され、供給材料およびレテンテートのろ液収集
ゾーンへの直接の通過を抑制するバリヤ手段を提供することができる。このバリ
ヤ手段は、Ｏリング・シールまたはエラストマー・ブーツ・シールを含むことが
できる。
【００３１】 モノリス・セグメントの特性寸法は５．０８ｃｍ（２インチ）から１７．７８
ｃｍ（７インチ）の範囲とすることができ、７．６２ｃｍ（３インチ）から１５
．２４ｃｍ（６インチ）の範囲であることが好ましい。
【００３２】 個々のセグメント内のセグメント内ろ液導管は、実質的にモノリス・セグメン
トの全長に沿って延びる複数の縦のチャンバとすることができ、セグメント間ろ
液導管中にろ液を導き、または他の方法でろ液収集ゾーンに向かってろ液を導く
横断チャネルがこのチャンバを横断する。チャネルは、モノリス・セグメントの
少なくとも１つの端面にスロットとして形成することができ、スロットは、供給
材料およびレテンテートからスロットを分離するためにその端面のところでシー
ルされ、セグメント間ろ液導管と連絡し、またはその他の方法でろ液収集ゾーン
に向かって連絡する。さらに、ろ液チャンバは、モノリス・セグメントを横切っ
て延びる少なくとも１列の通路から形成することができる。
【００３３】 クロスフローろ過装置はさらに、精密ろ過、限外ろ過、ナノフィルトレーショ
ン、逆浸透、ガス分離またはパーベーパレーションに適した膜のグループから選
択され、通路の表面に適用された選択透過膜を含むことができる。
【００３４】 本発明はさらに、多孔質材料から成る複数のモノリス・セグメントの実質的に
平行な配置を含む構造中にろ液導管網を形成する方法であって、それぞれのセグ
メントが、供給端面からレテンテート端面まで縦に延びる複数の通路を含み、通
路の表面積が、構造１ｍ3あたり少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィートあたり
少なくとも１００平方フィート）である方法を取り扱う。
【００３５】 この方法は、ろ液収集ゾーンに向かってろ液を流すための低抵抗の流路を提供
するセグメント間ろ液導管がセグメントを分離する空間に形成されるように、モ
ノリス・セグメントを配置することを含む。さらに、少なくとも１つの選択され
たセグメントの内部にセグメント内導管が確立される。このセグメント内導管は
、複数の通路をろ液チャンバ通路として選択して、選択したセグメント中の非選
択通路間にろ液チャンバ通路が分布するようにし、これによって非選択通路から
多孔質材料を通って近くのろ液チャンバ通路に至る低圧滴下流路を提供すること
、およびろ液チャンバ通路を横断する少なくとも１つのろ液チャネルを選択セグ
メント中に形成することによって確立され、このチャネルは、ろ液収集ゾーンま
たはセグメント間導管に向かってろ液を流すための低抵抗流路を提供する。
【００３６】 この方法はさらに、構造の端面のところでセグメント間ろ液導管をシールして
、この端面のところでのセグメント間ろ液導管中への流体の直接の通過を抑制す
ることを含む。さらに、構造の端面のところに露出した全てのろ液チャンバ通路
およびろ液チャネルがシールされ、セグメント内ろ液導管中への流体の直接の通
過が抑制される。
【００３７】 本発明はさらに、クロスフローろ過装置内の供給ストリームをろ液とレテンテ
ートに分離する方法を取り扱う。この方法は、装置の複数の通路に供給ストリー
ムを導入し、セグメント間ろ液導管および少なくとも１つのセグメント内ろ液導
管を通してろ液を通路から外部収集ゾーンに流し、装置からレテンテートを除去
することによって実施される。
【００３８】 その他の目的、特徴および利点は、好ましい実施形態の以下の説明および添付
図面から明らかとなろう。
【００３９】 （実施形態の説明） 本発明は、多孔質材料から成る複数の多通路モノリス・セグメントから形成さ
れたクロスフローろ過装置によって実施することができる。それぞれのセグメン
トは、装置の供給端面からレテンテート端面まで縦に延びる複数の通路を含み、
この通路の中を供給材料が流れ、装置からレテンテートが排出される。通路の表
面積は、装置１ｍ3あたり少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィートあたり少なく
とも１００平方フィート）ある。装置の外部にろ液収集ゾーンが提供される。ろ
液収集ゾーンに向かってろ液を運ぶろ液導管網が装置の内部に形成される。この
ろ液導管網は、多孔質材料を通る代替流路よりも流動抵抗が低い経路を提供する
。
【００４０】 この装置は、モノリス・セグメントの配置によって画定されたセグメント間ろ
液導管を有する。少なくとも１つセグメントが、ろ液収集ゾーンと連絡し、ろ液
収集ゾーンに向かってろ液を運ぶ少なくとも１つのセグメント内ろ液導管を含む
。この連絡は、セグメント間ろ液導管を介して、またはろ液収集ゾーンとの間で
直接に実施することができる。あるいは他の方法でろ液収集ゾーンと間接的に連
絡することもできる。このような間接連絡は例えば、参照によって本明細書に組
み込まれる１９９１年４月２３日発行の米国特許第５００９７８１号および１９
９２年４月２８日発行の米国特許第５１０８６０１号に開示されているろ液ダク
トを介して実施することができる。セグメント間ろ液導管およびセグメント内ろ
液導管はともに、装置の両端面のところで通路から分離され、少なくともいくつ
かの通路が介在する通路によってろ液導管から分離される。装置の供給端および
レテンテート端からろ液収集ゾーンを分離する手段が提供される。
【００４１】 本発明に基づく装置は、ろ液およびレテンテートを抽出するクロスフローろ過
装置として記述されるが、透過液およびレテンテートを抽出する膜装置の支持体
として使用する多孔質モノリスにも関係することを認知されたい。以下、クロス
フローろ過装置という用語は膜装置の多孔質モノリス支持体を包含し、ろ液とい
う用語は、膜装置から抜き取られた透過液を包含する。このような膜は、クロス
フロー精密ろ過、限外ろ過、ナノフィルトレーション、逆浸透、ガス分離および
パーベーパレーションに適した分離バリヤを含むことができる。
【００４２】 図１は、クロスフローろ過装置１０の切断図である。この装置は、一体構造に
接合された４つのモノリス・セグメントから成る円筒形装置である。この切断図
には２つのセグメント１１が示されており、この図はさらに、通路１２ならびに
ろ液導管１３および１４を含む。図１の切断図は、セグメント間ろ液導管の一部
分、より具体的には、２つのモノリス・セグメント１１によって形成された半円
筒を図示されていない２つのモノリス・セグメントによって形成された第２の半
円筒から分離するセグメント間ろ液導管の部分で断面をとったものである。選択
した断面からどちらかにわずかにずらして断面をとれば、供給端面１５から構造
に沿って縦に延びる通路１２が露出することになる。さらに、２つのセグメント
１１の配置によって形成され、セグメント間ろ液導管の別の部分を構成する空間
１６も露出する。
【００４３】 セグメントは、セグメント間の空間が、供給端面１５からその反対側の端面（
図示せず）まで装置に沿って縦に延びる交差した２つの平面を形成するように配
置される。これらの平面は互い直交し、この空間の断面、すなわち線３−３で切
った切り口は開いた十字形を示す。この空間は、装置１０の内部のセグメント間
導管を構成する。
【００４４】 ２つのモノリス・セグメント１１はそれぞれ、同じ構造のセグメント内ろ液導
管を有する。図の上側のセグメントのセグメント内ろ液導管は２つの部分から成
る。すなわち、 ａ）１６で示したセグメント間ろ液導管に平行で、かつ切断面に垂直な、破線
で示した縦のチャンバ１７から成る平らな列と、 ｂ）チャンバ１７と交差した横断スロット・チャネル１８である。チャネル１
８は、図１の切断面で装置内部のセグメント間ろ液導管と連絡し、スロットの反
対側の端（図示せず）の装置の外表面でろ液収集ゾーン３１と連絡する。
【００４５】 セグメント間ろ液導管１６およびセグメント内ろ液導管１７、１８はともに、
装置の供給端面１５および装置の下流端面（図示せず）のところでシールされる
１３、１４。セグメント１１は、セグメント間ろ液導管１６の一部分に沿って配
置されたセメント線１９を用いてセグメント間導管１６の内側で一体に接合され
る。同様の方法で、装置の第２の半円筒（図示せず）は、２つのセグメント１１
から成る図示の半円筒にセメントで接合される。接合されたこれらの４つのセグ
メント・アセンブリが一体の装置構造を形成する。
【００４６】 装置１０の供給端面１５には、その端面のところでシールされたセグメント内
ろ液導管スロット１４が見られる。レテンテート端面のところにも全く同じ塞が
れたスロットを提供することができる。レテンテート端面のところのスロットは
必ずしも必要ない。ただしその場合にはレテンテート流体との連絡を防ぐため、
レテンテート端面まで延びる縦チャンバ１７がこの端面のところで塞がれる。
【００４７】 本発明に基づくクロスフローろ過装置１０は、クロスフローろ過器２４の一部
である。装置１０は、端部２７にフランジを有する不浸透性ハウジング２５の内
部に含まれる。円筒環状端部管継手２６が、端面１５のところで円筒形の装置１
０の周囲にセメントで接合され、第２の端部環状管継手がレテンテート端面（図
示せず）のところに取り付けられる。端部管継手２６は、装置１０とハウジング
２５の間にシールを形成し、ろ液収集ゾーン３１に集められたろ液を供給材料か
ら分離する働きをする径方向Ｏリング・シール２１を有する。第２の軸方向Ｏリ
ング面シール２２が提供される。フランジの付いたエンド・キャップ２８がボル
ト２９でハウジング２５に接続される。ハウジング２５にエンド・キャップ２８
を組み付け、ボルト２９で締め付けることによってＯリング・シール２２が圧縮
され、供給端面１５のところに、ろ液収集ゾーン３１と供給ゾーンの間の第２の
シールが形成される。図示されてはいないが、ろ過器のレテンテート端部のとこ
ろにも同一または同等のエンド・キャップが配置される。
【００４８】 動作時、供給材料は、矢印３２で指示した方向に押圧される。クロスフローろ
過装置１０の供給端１５は供給材料を受け取り、この流体を通路１２に縦方向に
通し、最後にこの流体はレテンテート端（図示せず）から出て来る。供給端面１
５のところのセグメント間ろ液導管およびセグメント内ろ液導管の閉塞部分１３
および１４は、供給材料が、セグメント間ろ液導管またはセグメント内ろ液導管
に入ることを防ぐ。供給材料が通路１２に沿って流れるにつれ、ろ液は、矢印３
３で指示するように徐々に除去され、ろ液導管網に流入する。これについては図
２に示し後に詳しく説明する。ろ液は、最終的にろ液収集ゾーン３１に集められ
、ハウジング２５の透過液口（図示せず）を通してろ過器２４から取り出される
。不浸透性のレテンテートは、矢印３４で示すようにレテンテート端面に向かっ
て流れ続ける。
【００４９】 参照によって本明細書に組み込まれる１９９２年４月２８日発行の米国特許第
５１０８６０１号に開示されているように、全ての通路がろ液導管網の一部に隣
接している必要はない。実際には、ろ液導管から最も遠く離れた通路を含め、実
質的に全ての通路が分離に対して活性であるときに、ろ液導管間の通路数の最適
な選択が得られる。このことが好ましいのは、単位装置体積あたりのフィルタ面
積、したがって単位装置体積あたりのろ液流量を最大にするためである。好まし
い介在通路数は、多孔質材料の空隙率、細孔径および細孔径分布、供給材料とろ
液の間の作動圧力レベル、レテンテート中に保持された物質の濃度、通路壁に蓄
積したフィルタ・ケーキのケーキ抵抗、通路に沿った流体の速度、通路寸法、な
らびにその他のプロセスおよび装置変量を含む複合的な一組の変量によって決定
される。
【００５０】 クロスフローろ過装置１０は、セラミック、プラスチック、金属、樹脂を含浸
させた砂などの固体といった、さまざまな多孔質材料から製作することができる
。セラミックの中では、コーディエライト、アルミナ、ムライト、シリカ、ジル
コニア、チタニア、スピネル、炭化ケイ素またはこれらの混合物を使用すること
が望ましい。許容される材料の空隙率は約２０％から約６０％、好ましくは３０
％超である。平均細孔径は広い範囲から選択できるが、一般に２から３０ミクロ
ンである。
【００５１】 供給端面１５およびレテンテート端面（図示せず）のところでろ液導管１３お
よび１４を塞ぐのに使用する材料は、モノリス・セグメントの多孔質材料と同じ
材料とすることもできるし、または異なる材料とすることもできる。供給材料／
レテンテートとろ液導管内のろ液との間に確実なバリヤを提供するため、この閉
塞材料は、組成に応じ硬化（キュアリング）または焼成によって硬化させること
ができる。装置の端面のところでろ液導管を塞ぐのに使用する材料、およびモノ
リス・セグメント１１を一体に接合するのに使用するセメント１９が、モノリス
・セグメント自体と同じ材料であることが好ましい。
【００５２】 装置１０を、図１の線３−３に沿った図２ａの断面図に示す。この図は端面か
ら離れた位置でとったものであり、端面のところで導管をシールし、またはモノ
リス・セグメントを接合するのに使用するセメントが存在しない装置１０中の位
置の構造におけるろ液導管網を示す。モノリス・セグメント１１は、実質的にセ
グメント１１の全長に沿って延びるセグメント内ろ液導管の開いた縦のチャンバ
１７を含む。チャンバ１７は便宜上陰影を付けて示した。線３−３の図ではセグ
メント間ろ液導管１６が開いており、同様に、セグメント１１間の縦の空間に沿
っても開いている。ただし、セグメント１１を接合するセメント線が存在する位
置は例外である。これが図２ｂに示されている。この図では、セメント線１９が
セグメント１１間のセグメント間ろ液導管を埋めている。
【００５３】 装置１０のセグメント間ろ液導管１６は、円筒形装置１０の周囲のろ液収集ゾ
ーン３１と連絡している。図２ａおよび２ｂに示したセグメント内ろ液導管チャ
ンバは、セグメント間ろ液導管１６またはろ液収集ゾーン３１のどの部分とも連
絡していない。このチャンバ内のろ液は図１に示したチャネル１８に向かって流
れる。ろ液は、チャネル１８からセグメント間ろ液導管１６へと除去され、ろ液
収集ゾーン３１へ直接に除去される。
【００５４】 図３の装置２０は別の装置であり、図２ａの装置１０の断面図に類似の断面図
、すなわち装置の端のところで導管を塞ぎ、またはモノリス・セグメントを互い
に接合するセメントが存在しない装置中の位置における断面図として示されてい
る。この装置の構造は、９つのモノリス・セグメントから成る。中央のコア・モ
ノリス・セグメント４１が、８つのモノリス・セグメント４２から成るセグメン
ト環によって取り囲まれている。セグメント間ろ液導管構造４６は、中央コア・
モノリス・セグメント４１の周囲の環状空間および環モノリス・セグメント４２
間の空間から成る。それぞれのモノリス・セグメント４１および４２は、セグメ
ントのセグメント内ろ液導管の一部として、便宜上陰影を付けて示した一列の縦
のチャンバ４５を有する。セグメント間ろ液導管４６は、この円筒構造の周囲に
沿って配置されたろ液収集ゾーン３１と連絡している。環セグメントのセグメン
ト内ろ液チャンバは、装置１０のセグメント内ろ液チャンバと全く同様の方法で
、装置２０の一方または両方の端面にあるチャネルと連絡している。環セグメン
ト４２のセグメント内ろ液導管のチャネル部分（図示せず）およびコア・セグメ
ント４１のセグメント内ろ液導管チャネルは、コア・セグメント４１を取り囲む
構造内部のセグメント間ろ液導管の環状部分に排液することにより、ろ液収集ゾ
ーンと連絡する。コア・セグメントのセグメント内導管チャネルは、ろ液をもっ
ぱらセグメント間ろ液導管に排出し、一方、環セグメント４２中のチャネルはさ
らに、構造から外側に向かってろ液収集ゾーン３１に直接に排出することができ
る。
【００５５】 ハウジングおよび端部管継手を外した装置１０を図４に示す。セグメント１１
は互いに接合され、一体構造５１を形成する。セグメント１１を接合するセメン
ト１９は、セグメント間ろ液導管の一部分に沿って一連のセメント線として塗布
される。この図では一例として５本のセメント線が示されている。セメントの量
は、セグメント間ろ液導管内のろ液の流れを過度に妨げることのないよう十分に
少なくすべきである。ただしセメントの量は、使用中に加えられる機械力に構造
が耐え得るだけの接合強度が得られる十分なものでなければならない。セメント
は、多孔質材料と同じ材料であることが好ましく、多孔質材料がセラミックであ
る場合には、このセメントを、モノリス・セグメントを焼成する前に塗布された
同じセラミック材料とすることができる。これによって均一な組成の構造が得ら
れる。
【００５６】 モノリス・セグメント１１間の縦の空間１６は、セグメント間ろ液導管の一部
を形成する。このセグメント間導管は、４つのモノリス・セグメント間を縦に走
る直交した２つの平面の形態をなす。供給端面１５およびレテンテート端面５３
（セメント線は示されていない）のところでセグメント間導管を供給材料から分
離するため、この空間の端は塞がれる１３。４つのモノリス・セグメント１１は
セグメント内導管をそれぞれ有する。
【００５７】 それぞれのセグメント内導管は、セグメントを横切って延びる一列の通路１７
（図面に垂直。破線で示されている）を含む。これらの通路を、ろ液収集ゾーン
３１および装置内部に配置されたセグメント間導管１６に向かってろ液を導くチ
ャネルを形成するスロット１８が横断している。供給材料とろ液の混合を防ぐた
め、このスロットは供給端面のところが塞がれている１３。この例では、レテン
テート端面５３のところにスロットが形成されていないが、この端面を供給端面
と全く同じに処理することができる。セグメント間ろ液導管に使用される通路１
７の端５２は、装置のレテンテート端面から分離されたチャンバが形成されるよ
う、レテンテート端面５３のところで塞いだほうがよい。
【００５８】 図１では、この一体構造が、供給材料およびレテンテートからろ液を分離する
シールを提供するＯリング・シール２１および２２を用いて装置１０のそれぞれ
の端部に端部リング２６を接合することによってハウジング２５内に取り付けら
れている。代替として、端部リング２６を接合する代わりにエラストマー・ブー
ツを使用することもできる。このブーツは、図１のＯリング２１および２２のシ
ールと類似のシールを形成するように装置の端部の上に取り付けられる。装置お
よびブーツをハウジング２５に挿入すると、ブーツの外周とハウジング２５の内
面の間、およびブーツの端面とエンド・キャップ２８の間に圧縮シールが形成さ
れる。
【００５９】 モノリス・セグメント１１または４１、４２、あるいはその他の形状物を、個
々のセグメント（すなわち一体構造に接合されていないセグメント）をその端部
のところでチューブ・シート内に取り付けることによって、個々のセグメントと
して１つの構造に組み立てることもできる。チューブ・シートはセグメントの形
状と共形の空洞を有する。空洞中のセグメントのシールは、いくつかの手段によ
って実施することができる。１つの手段は、チューブ・シートの空洞の両端また
はセグメントの外端面に取り付けたエラストマーまたは金属製のＯリングまたは
類似のシールを使用するものである。他の手段は、セグメントの端部上に滑らせ
たゴム製のブーツ・シールを使用するものである。セグメントをチューブ・シー
ト空洞に挿入するとブーツは圧縮され、シールが形成される。他のシール手段は
、有機接着剤または無機セメントを用いてセグメントの両端をチューブ・シート
の空洞中に接合するものである。チューブ・シートはＯリング・シールによって
、図１に示した技法と類似の方法でハウジングの内面に対してシールすることが
できる。
【００６０】 本発明に基づく装置は、５．０８ｃｍ（２インチ）から１７．７８ｃｍ（７イ
ンチ）の間、好ましくは７．６２ｃｍ（３インチ）から１５．２４ｃｍ（６イン
チ）の間の特性寸法（セグメントの軸に垂直な最大寸法）を有するモノリス・セ
グメントを使用して構築される。この特性寸法のモノリス・セグメントは、モノ
リス材料および通路の構造に応じて押出し、乾燥および焼結、あるいは低〜中程
度のコストおよび高歩留まりの他の方法で生産することができる。これよりも大
きな特性寸法のセグメントでは生産コストが非常に高くなり、これよりも小さな
特性寸法のモノリスでは、多モノリス装置に組み立てるのにコストがかかる。ま
た、これよりも小さな特性寸法のセグメントは一般に、ろ液を効率的に除去する
ためのセグメント内ろ液導管を必要としない。セグメント内ろ液導管が必要とな
る小径のセグメントの特性寸法は、セグメントの単位体積あたりの通路面積に関
係する。面積／体積比セグメント１ｍ3あたり約３２８ｍ2（１立方フィートあた
り１００平方フィート）において、クロスフローろ過装置に使用される一般的な
多孔質材料でろ液を効率的に除去できる最大特性寸法は５．０８ｃｍ（２インチ
）以下である。
【００６１】 本発明に基づく装置の特徴は、単位装置体積あたりの通路表面積を大きくでき
ることである。このような高表面積装置はこれまで、１９８８年１１月１日発行
の米国特許第４７８１８３１号、１９９１年４月２３日発行の同第５００９７８
１号、および１９９２年４月２８日発行の同第５１０８６０１号に開示されたＧ
ｏｌｄｓｍｉｔｈのモノリス装置を使用してしか実現できなかった。これらの従
来技術の装置は、１つまたは少数のセグメント内ろ液導管を含み、セグメントが
きっちりとパックされたアレイに束ねられた中間的なサイズのモノリス・セグメ
ントを使用する有益について開示も予想もしていない。このアレイは、高い単位
装置体積あたり通路表面積、一般に装置１ｍ3あたり約３２８ｍ2（１立方フィー
トあたり１００平方フィート）を超える通路壁面積を有するように製作すること
ができる。セグメントのサイズの正確な選択によっては、それぞれのセグメント
がセグメント内ろ液導管を含む必要がない場合もあるが、それぞれが少なくとも
１つのセグメント内ろ液導管を有する、匹敵する断面寸法の複数のセグメントを
使用したほうが有利である。
【００６２】 本明細書に開示した装置は、４つのセグメントから成り、コア・モノリスを欠
く第１のアレイ、ならびにコア・モノリスおよび８つの環モノリスの１セットを
有する第２のアレイの形態のモノリス・セグメントを使用する。前者のケースで
は、４つよりも少ない、または４つよりも多いセグメントを使用することができ
る。第２のケースでは、８つよりも少ない、または８つよりも多い環セグメント
を使用することができる。さらに、複数のセグメント環を使用することができ、
これによってより小さなセグメントのアレイから非常に大きな直径の装置を有利
に形成することができる。
【００６３】 ろ液は、ろ液導管網から装置の外部のろ液収集ゾーンに移動する。ろ液収集ゾ
ーンは、参照によって本明細書に組み込まれる１９８８年１１月１日発行の米国
特許番号第４７８１８３１号、１９９１年４月２３日発行の第５００９７８１号
、および１９９２年４月２８日発行の第５１０８６０１号に記載されているよう
に、装置の１つまたは複数の側面に沿って、あるいはモノリスの一端または両端
に配置することができる。
【００６４】 この開示では円筒構造の多モノリス・セグメントを記述したが、正方形、長方
形、多辺形など、他の形状を使用することもできることを認知されたい。さらに
、円形、三角形など正方形以外の通路形状、および六角形など正方形配置以外の
アレイを使用することもできる。本発明の固有の特徴だけを図面に示し、その他
のものは図示しなかったが、それぞれの特徴は、本発明に基づく他の任意の特徴
または他の全ての特徴と組み合わせることができるので、これは単に便宜上のこ
とである。
【００６５】 以上にクロスフローろ過装置を記載したが、この用語が、供給材料の導入なら
びにレテンテートおよびろ液の回収が可能な構造を有する装置を記述するもので
あることを認知されたい。この構造を、クロスフロー・モード、またはレテンテ
ート流が全くまたはごく小量しか回収されないデッドエンド・モードで作動させ
ることができることを認知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一体構造に接合された４つのモノリス・セグメントから形成された本発明に基
づくクロスフローろ過装置およびクロスフローろ過器の概略図である。この装置
は、端接続およびシールを有するハウジングの中に含まれる。
【図２ａ】 図１の線３−３に沿った図１のクロスフローろ過装置の断面図である。
【図２ｂ】 図１の線４−４に沿った図１のクロスフローろ過装置の断面図である。
【図３】 図２ａに示した４セグメント型装置の断面図に類似した、９モノリス型クロス
フローろ過装置の断面図である。
【図４】 ４つのモノリス・セグメントから形成された一体装置構造を示す、図１のクロ
スフローろ過装置の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 61/36 Ｂ０１Ｄ 29/30 ５２０Ｂ 69/10 29/24 Ｈ 29/26 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ (72)発明者 ビショップ、ブルース、エイ アメリカ合衆国 マサチューセッツ、アー リントン、 キルシス ロード 48 (72)発明者 ゴールドスミス、ロバート、エル アメリカ合衆国 マサチューセッツ、ウェ イランド、 コンコード ロード 235 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA06 GA07 GA25 GA41 HA24 JA12 JA22 MA02 MA09 4D019 BA05 BB06 CA03 CB01 CB02

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給端面で供給材料を受け取り、前記供給材料をろ液とレテ
    ンテートに分離するクロスフローろ過装置であって、 ａ）多孔質材料から成る複数のモノリス・セグメントの実質的に平行な配置を
    含む構造であって、それぞれのセグメントが前記構造の供給端面からレテンテー
    ト端面まで縦に延びる複数の通路を含み、前記通路の中を前記供給材料が流れ、
    前記装置からレテンテートが排出され、前記通路の表面積が、構造１ｍ3あたり
    少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィートあたり少なくとも１００平方フィート
    ）である構造と、 ｂ）前記構造の外部のろ液収集ゾーンと、 ｃ）前記構造の内部にあって前記ろ液収集ゾーンに向かってろ液を運ぶろ液導
    管網であって、多孔質材料を通る代替流路よりも流動抵抗が低い経路を提供する
    ろ液導管網 を備え、 ｄ）前記ろ液導管網が、前記モノリス・セグメントの配置によって画定された
    セグメント間ろ液導管、および少なくとも１つのセグメントの内部の少なくとも
    １つのセグメント内ろ液導管を含み、前記セグメント内ろ液導管が前記セグメン
    ト間ろ液導管と連絡し、または他の方法で前記ろ液収集ゾーンに向かってろ液を
    導き、 ｅ）前記ろ液導管網が、前記構造の両端面のところで通路から分離され、少な
    くともいくつかの前記通路が介在する通路によって前記ろ液導管網から分離され
    、 さらに、 ｆ）前記構造の前記供給端およびレテンテート端から前記ろ液収集ゾーンを分
    離する手段 を備えた装置。
  2. 【請求項２】 前記モノリス多孔質材料がセラミック材料である、請求項１
    に記載のクロスフローろ過装置。
  3. 【請求項３】 前記セラミック材料が、コーディエライト、アルミナ、ムラ
    イト、シリカ、ジルコニア、チタニア、スピネル、炭化ケイ素またはこれらの混
    合物から選択された、請求項２に記載のクロスフローろ過装置。
  4. 【請求項４】 前記供給端面および前記レテンテート端面のところで前記セ
    グメントの端部をチューブ・シート中にシールすることによって、前記モノリス
    ・セグメントが１つの構造に形成された、請求項１に記載のクロスフローろ過装
    置。
  5. 【請求項５】 前記セグメントの端部をシールする前記手段が、エラストマ
    ーまたは金属製のＯリングまたは類似のシール、ゴム・ブーツ・シール、有機接
    着剤シールあるいは無機セメント・シールによる、請求項４に記載のクロスフロ
    ーろ過装置。
  6. 【請求項６】 前記セグメント間ろ液導管の一部分に沿って前記モノリス・
    セグメントを互いに接合することによって、前記モノリス・セグメントが一体構
    造に形成された、請求項１に記載のクロスフローろ過装置。
  7. 【請求項７】 前記ろ液収集ゾーンが前記構造の側面に沿って配置され、さ
    らに、前記構造の前記供給端およびレテンテート端のところに配置され、前記供
    給材料およびレテンテートの前記ろ液収集ゾーンへの直接の通過を抑制するバリ
    ヤ手段を含む、請求項１に記載のクロスフローろ過装置。
  8. 【請求項８】 前記バリヤ手段が、Ｏリング・シールまたはエラストマー・
    ブーツ・シールを含む、請求項７に記載のクロスフローろ過装置。
  9. 【請求項９】 前記モノリス・セグメントの特性寸法が、５．０８ｃｍ（２
    インチ）から１７．７８ｃｍ（７インチ）の範囲にある、請求項１に記載のクロ
    スフローろ過装置。
  10. 【請求項１０】 前記モノリス・セグメントの特性寸法が、７．６２ｃｍ（
    ３インチ）から１５．２４ｃｍ（６インチ）の範囲にある、請求項１に記載のク
    ロスフローろ過装置。
  11. 【請求項１１】 前記セグメント内の前記セグメント内ろ液導管が、実質的
    に前記モノリス・セグメントの全長に沿って延びる複数の縦のチャンバから成り
    、前記セグメント間ろ液導管中にろ液を導き、または他の方法で前記ろ液収集ゾ
    ーンに向かってろ液を導く横断チャネルが前記チャンバを横断する、請求項１に
    記載のクロスフローろ過装置。
  12. 【請求項１２】 前記チャネルが、前記モノリス・セグメントの端面に形成
    された少なくとも１つのスロットを含み、前記供給材料および前記レテンテート
    から前記スロットを分離するために前記スロットがその端面のところでシールさ
    れ、前記スロットが、前記セグメント間ろ液導管と連絡し、または前記ろ液収集
    ゾーンに向かって連絡した、請求項１１に記載のクロスフローろ過装置。
  13. 【請求項１３】 前記ろ液チャンバが、前記モノリス・セグメントを横切っ
    て延びる少なくとも１列の通路から形成された、請求項１１に記載のクロスフロ
    ーろ過装置。
  14. 【請求項１４】 前記通路の表面に適用された選択透過膜をさらに含む、請
    求項１に記載のクロスフローろ過装置。
  15. 【請求項１５】 前記選択透過膜が、精密ろ過、限外ろ過、ナノフィルトレ
    ーション、逆浸透、ガス分離またはパーベーパレーションに適した膜のグループ
    から選択された、請求項１４に記載の膜装置。
  16. 【請求項１６】 供給端面で供給材料を受け取り、前記供給材料をろ液とレ
    テンテートに分離するクロスフローろ過装置であって、 ａ）多孔質材料から成る複数のモノリス・セグメントの実質的に平行な配置を
    含む構造であって、それぞれのセグメントが前記構造の供給端面からレテンテー
    ト端面まで縦に延びる複数の通路を含み、前記通路の中を前記供給材料が流れ、
    前記装置からレテンテートが排出され、前記通路の表面積が、構造１ｍ3あたり
    少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィートあたり少なくとも１００平方フィート
    ）である構造と、 ｂ）前記構造の外部にあって、前記構造の側面に沿って配置されたろ液収集ゾ
    ーンであって、前記構造の前記供給端およびレテンテート端のところに配置され
    、前記供給材料およびレテンテートの前記ろ液収集ゾーンへの直接の通過を抑制
    するバリヤ手段を含むろ液収集ゾーンと、 ｃ）前記構造の内部にあって前記ろ液収集ゾーンに向かってろ液を運ぶろ液導
    管網であって、多孔質材料を通る代替流路よりも流動抵抗が低い経路を提供する
    ろ液導管網 を備え、 ｄ）前記ろ液導管網が、前記モノリス・セグメントの配置によって画定された
    セグメント間ろ液導管を含み、 ｅ）前記ろ液導管網がさらに、少なくとも１つのモノリス・セグメントの内部
    に少なくとも１つのセグメント内ろ液導管を含み、前記セグメント内ろ液導管が
    、実質的に前記モノリス・セグメントの全長に沿って延びる複数の縦のチャンバ
    から成り、前記セグメント間ろ液導管中にろ液を導き、または前記ろ液収集ゾー
    ンに向かってろ液を導く横断チャネルが前記チャンバを横断し、前記セグメント
    内ろ液導管が前記セグメント間ろ液導管と連絡し、または他の方法で前記ろ液収
    集ゾーンに向かってろ液を導き、 ｆ）前記ろ液導管網が、前記構造の両端面のところで通路から分離され、少な
    くともいくつかの前記通路が介在する通路によって前記ろ液導管網から分離され
    た装置。
  17. 【請求項１７】 前記モノリス・セグメントの特性寸法が、５．０８ｃｍ（
    ２インチ）から１７．７８ｃｍ（７インチ）の範囲にある、請求項１６に記載の
    クロスフローろ過装置。
  18. 【請求項１８】 前記通路の表面に適用された選択透過膜をさらに含む、請
    求項１７に記載のクロスフローろ過装置。
  19. 【請求項１９】 前記選択透過膜が、精密ろ過、限外ろ過、ナノフィルトレ
    ーション、逆浸透、ガス分離またはパーベーパレーションに適した膜のグループ
    から選択された、請求項１６に記載の膜装置。
  20. 【請求項２０】 多孔質材料から成る複数のモノリス・セグメントの実質的
    に平行な配置を含む構造中にろ液導管網を形成する方法において、それぞれのセ
    グメントが、供給端面からレテンテート端面まで縦に延びる複数の通路を含み、
    前記通路の表面積が、構造１ｍ3あたり少なくとも約３２８ｍ2（１立方フィート
    あたり少なくとも１００平方フィート）である方法であって、 ａ）ろ液収集ゾーンに向かってろ液を流すための低抵抗の流路を提供するセグ
    メント間ろ液導管が前記セグメントを分離する空間に形成されるように、前記モ
    ノリス・セグメントを配置すること、および ｂ）少なくとも１つの選択されたセグメントの内部にセグメント内導管を確立
    すること を含み、 前記セグメント内導管が、複数の通路をろ液チャンバ通路として選択して、前
    記選択したセグメント中の非選択通路間に前記ろ液チャンバ通路が分布するよう
    にし、これによって前記非選択通路から前記多孔質材料を通って近くのろ液チャ
    ンバ通路に至る低圧滴下流路を提供すること、および前記ろ液チャンバ通路を横
    断する少なくとも１つのろ液チャネルを前記選択セグメント中に確立することに
    よって確立され、前記チャネルが、前記ろ液収集ゾーンまたは前記セグメント間
    導管に向かってろ液を流すための低抵抗流路を提供し、 さらに、 ｃ）前記構造の端面のところで前記セグメント間ろ液導管をシールして、前記
    端面のところでの前記セグメント間ろ液導管中への流体の直接の通過を抑制する
    こと、および ｄ）前記構造の前記端面のところに露出した全てのろ液チャンバ通路およびろ
    液チャネルをシールして、前記セグメント内ろ液導管中への流体の直接の通過を
    抑制すること を含む方法。
  21. 【請求項２１】 クロスフローろ過装置内の供給ストリームをろ液とレテン
    テートに分離する方法であって、 ａ）請求項１に記載のクロスフローろ過装置を用意すること、 ｂ）前記構造の前記供給端面および複数の前記通路に供給ストリームを導入し
    て、ろ液とレテンテートに分離すること、 ｃ）前記通路から前記セグメント間ろ液導管および前記セグメント内ろ液導管
    を通して前記ろ液を流すこと、 ｄ）前記セグメント間ろ液導管および前記セグメント内ろ過導管からの前記ろ
    液を前記外部収集ゾーンに集めること、および ｅ）前記構造の前記レテンテート端面から前記レテンテートを除去すること を含む方法。
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