JP2004516929A - 流体を処理するためのモジュール及び前記モジュールを製造する方法 - Google Patents

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Abstract

まったく改造せずに既存の濾過デバイスのハウジング及び継手を用いて、流体処理における各仕事に対する使用者による個々の調節を可能にするモジュールを説明する。前記モジュールは、他のセルの上に別のセルが積重ねられた１つ以上のセルを含み、該セルのそれぞれは少なくとも１つの開口部を有し、該セルの該開口部又は該セルの同様な該開口部（複数）は一緒になって、処理される流体を供給又は放出するための少なくとも１つのチャネルを形成する。該セルのそれぞれは、内部空間を区切っていて、且つそこを通って該流体を通過させるように設計されている２つの平らで多孔質の部材を有し、該内部空間（単数又は複数）は該チャンネルに接続している。該セル（単数又は複数）の該内部空間は、該流体のための処理材料を少なくとも部分的に含む。前記モジュールを製造する方法は、キャリア流体と共に、該流体を供給するために提供された該チャネルを通して、該セル中へと導入される処理材料に対応している。

Description

【０００１】
本発明は、他のセルの上に別のセルが積重ねられた１つ以上のセルを有し、前記セルのそれぞれは、少なくとも１つの開口部を有し、前記セルの開口部又は前記セルの同様な開口部（複数）は、処理される流体を供給するための少なくとも１つのチャネルを一緒になって形成し、前記セルのそれぞれは内部空間を区切る２つの平らで多孔質の部材を有し、そして前記内部空間（単数又は複数）が前記チャネルに接続されている、流体を処理するためのモジュールに関する。また、本発明は、特許請求項１２の前文にしたがって前記モジュールを製造する方法にも関する。
【０００２】
濾過技術において、プレコートを形成するか又は乾燥状態で導入される充填物と共にフィルターキャンドルを用いることは公知である。
上記フィルターデバイスは、ＤＥ ３９ ３４ ２４９ Ａ１で説明されている。そのフィルターデバイスは、穴あきコア管（ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｃｏｒｅ ｐｉｐｅ）、穴あき支持ケーシング（ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃａｓｉｎｇ）、ガイド要素（ｇｕｉｄｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を伴っている完全密閉頂部閉鎖キャップ（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｌｏｓｅｄ ｔｏｐ ｃｌｏｓｕｒｅ ｃａｐ）、及び接続された接続部材を有する中心開口部を有する底部閉鎖キャップを含む。コア管の間に形成されるキャビティ、支持ケーシング、及び２つの閉鎖キャップを、再生利用可能な濾過活性物質から成るバルク材料で充填する。濾過される流体は、外側から内側へと半径方向に流れ、濾液はコア管から放出される。
【０００３】
このデバイスの短所は、頂部閉鎖キャップを取り付けるときに、充填されたキャビティが密閉されるので、キャンドル製造者がデバイスを充填しなければならない点である。そのことは、フィルターキャンドルを注文するときに、使用者が、充填材のタイプを決めなければならないことを意味している。更なる短所は、長時間の輸送又は貯蔵時に充填物が沈下し、それにより、自由空間が創り出されて、未濾過の流体が、そこを通ってキャンドルを貫流するかもしれない点である。
【０００４】
ＤＥ ３８ ０２ ８１６ Ａ１では、その外周壁が濾過ケークのための多孔質支持層の形態であるキャンドル形状のフィルター要素が説明されている。この濾過ケークは、フィルター材料を、例えば、多孔質珪藻土又は繊維混合物及び吸着剤、例えば活性炭、珪酸材料などをプレコートすることによって形成される。濾過ケークが摩滅したら、逆流置換することによって濾過ケークを洗い流し、次に、新しくプレコートされた濾過ケークで置換する。その場合、除去された濾過ケークのプレコートされたフィルター材料は、フィルターハウジングの外部で複雑な方法で回収しなければならなかった。いずれにせよ、濾過作業を継続する前に、新しい濾過ケークをプレコートする必要がある。このフィルターデバイスには、プレコート可能な材料だけしか使用できないという短所がある。
【０００５】
ＤＥ ３２ ０４ ０２２ Ｃ２では、より大きな安定性及び改良された効率を有すると考えられるフィルターカートリッジが説明されている。そのカートリッジは、同軸構造を有していて、透過性及び不透過性の区画によって形成されている壁によって、流体が実質的に軸方向に流れる濾過活性材料で充填される。
【０００６】
濾過技術では、他のセルの上に別のセルが積重ねられ、且つそれぞれのセルが中心部に開口（ｃｅｎｔｒａｌ ｏｐｅｎｉｎｇ）を有する多くのフィルターセルを有するフィルターモジュールを用いることも公知である。
【０００７】
これらのフィルターモジュールは設計及び運転方法が異なる。
これらの公知のフィルターモジュールの変体は、前もって製造されたフィルターセルが、末端で接続された２つのアダプター間の列に配置されている中心支持管を有する。フィルターモジュールを組み立てる場合、互いから密封されるようにフィルターセルを一緒にプレスし、且つ保持する。そのようなフィルターモジュールは、例えばＤＥ ３７ ４１ ５５２ Ａ１で説明されており、そこでは、前もって製造されたフィルターセルが用いられている。
【０００８】
公知のフィルターモジュールの別の変体は、支持管を有していない。内周には、フィルターモジュールを結合させて固体ユニットとなるように互いの上にフィルターセルを積重ねるときに一緒に溶接される保持接続リングが中心開口部に提供される。他の態様では、フィルター層及び／又はフィルターセルの間に円盤形の要素として取り付けられ、互いを機械的に結合させることを可能にするスペーサー要素及び／又は排液要素が提供される。
【０００９】
フィルターモジュールの設計が異なっても、フィルターセルに関する共通点は、フィルターシートが、平面材料から、例えばフィルター厚紙、紙、タイル又はファブリックから作られる点である。
【００１０】
いわゆるフィルター層がフィルターシートとして広範に用いられる。フィルター層とは、有機及び／又は無機の繊維状及び／又は粒状物質を含むデプスフィルター材料（ｄｅｐｔｈ−ｆｉｌｔｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）を意味している。
【００１１】
概して、その中に埋封された濾過活性物質、例えば多孔質珪藻土又はパーライトを有し得るセルロース繊維及び／又はプラスチック繊維は、フィルター層用のベース材料として用いられる。多孔質珪藻土及びパーライトは、内部表面を拡大させて、濁質を吸収する能力を増大させるのに役立つ。
【００１２】
上記フィルター層は、すべての飲料産業における液体の浄化及び処理から、製薬産業及び化学産業にわたる分野で用いられる。フィルター層は、粗粒子がフィルター層の表面上に保持されるスクリーニング効果のみならず、特に、デプスフィルター材料内にあるボイド空間中に保持される微粒子に関するデプス効果を有する。用いられる材料のタイプに依存して、これらのフィルター層は、例えば、純粋に機械的な濾過効果を凌駕する別の仕方で、未濾過流体に関して吸着効果又吸着相互作用も有することができる。更に、続いて、その表面を、ある種の用途のために処理して、乾燥状態及び湿気状態にある繊維状の剥離を防止することもできる。
【００１３】
現在までのところ、濾過の目的により、フィルター層の組成が常に決定されてきた。そのことは、フィルター層の製造後の用途範囲を明確にすることによって、フィルター層の製造を常に優先しなければならなかったことを意味している。
【００１４】
フィルター層を製造する方法のいかなる改造も問題を引き起こし、また常に最少量を製造しなければならないので、特別に適合させたフィルター層の少量のバッチは比較的高価である。
【００１５】
フィルターモジュールは２つの方法で運転できる。
フィルターセル及び支持体が中心管に沿って互いの上に交互に積重ねられているフィルターモジュールは、ＥＰ ０ ２３３ ９９９ Ａ２により公知である。前記フィルターセルは、フィルターセルのフィルター材料を支持するための支持構造を含むこともできる。未濾過流体は、外部からフィルターセルに供給され、その濾液は、フィルターセルの内部及び中心管を通して放出される。その場合、一つの短所は、支持体によって、フィルターセルに対する未濾過流体の均一な供給が妨げられることであり、もう一つの短所は、フィルター物質が、モジュールフィルターの内部全体にあまねく存在するフィルターセル間の支持体上に蓄積することである。
【００１６】
これらの欠陥を是正するために、未濾過流体を、フィルターセルの中心チャネルを通して供給することが、ＤＥ １９８ ５７ ７５１．６−２７で提案された。流体が内部から供給されるこれらのフィルターセルでは、濾過中に起こるフィルター層のインフレーションを防止するためにフィルターの間に対応する支持体が必要である。このように設計され運転されるフィルターモジュールは、逆モジュール（ｉｎｖｅｒｓｅ ｍｏｄｕｌｅ）とも呼ばれる。
【００１７】
本発明の目的は、なんら変更することなく、既存の濾過デバイスのハウジング及び継手（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を用いて、使用者が、流体の処理における各仕事に個々に適合させることができるモジュールを創出することである。
【００１８】
本発明の目的は、処理材料（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）を少なくとも部分的に含むセル（単数又は複数）の内部によって達成される。
本発明の範囲内において、セルとは、全てのタイプのフィルターセルと理解されるべきであるが、これらのセルは、セル中に導入される処理材料が濾過活性材料に限定されないので、濾過のために用いられるだけでなく、例えば抽出物（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）のような他の物質（ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）も含むことができる。
【００１９】
それにより、本発明のモジュールの適用範囲は濾過以外にも拡張される。
本発明によるモジュールの利点は、処理材料を選択するときにのみモジュールが決定されるので、モジュールの適用範囲を、モジュールの製造時に規定する必要はない。それにより特別な添加剤を含まない中性の多孔質成分からセルを作ることができる可能性が開かれる。而して、例えば、公知のベース材料から、すなわち実質的にセルロース繊維及び／又はプラスチック繊維からフィルター層を製造することは適当である。それにより、例えばフィルター層を大きなバッチで製造しなければならないほんの数タイプの多孔質成分と、それらが使用される目的は、処理材料を選択することによってのみ後に規定されるので、フィルターモジュールを製造するコストはかなり低下する。しかしながら、本発明は、それらのいわゆる中性成分に限定されない。
【００２０】
それにより、使用者自身が、現場でモジュールを充填することができ、そのことは、材料が毒性で高価である場合には特に有利である。更に、使用者自身がノウハウを有する使用者自身の材料を導入できる。効力が、モジュール製造者から使用者への輸送時に損なわれるか、又は中間貯蔵時に損なわれる鋭敏な材料は、モジュールを運転する直前に、現場で導入できる。その場合、充填物の有効寿命は問題とならなくなる。
【００２１】
本発明によるモジュールの更なる発展は、多孔質成分と関連のあるセルの充填物に関するものであり、モジュールの寸法を変える必要がないので、既存のフィルターハウジング及びフィルター継手を用いてもよい。
【００２２】
処理材料は、粉状、粒状、繊維状及び／又はゲル様であることができる。
フィルター層とは別に、膜、例えば、プラスチック膜又は金属膜、織布又は不織布を、平面多孔質材料として用いることもできる。
【００２３】
濾過活性材料は、好ましくは、 処理材料として用いられる。濾過活性材料としては、公知の物質、例えばパーライト、多孔質珪藻土、及び繊維状材料だけでなく、吸着材、例えば活性炭、ＰＶＰＰ、ＰＶＰＰ・沃素物質が挙げられる。
【００２４】
例えば、活性炭又はＰＶＰＰの効力は、フィルター層中に組み込まれることによって活性表面が損なわれるので、製造中にフィルター層中にこれらの材料を埋封したフィルター層を用いた場合に比べて、有意に大きいことを見出した。而して、本発明によるモジュールに関して、同じ性能及び効果を得るためには、より濾過活性の低い材料で良い。このことは、高価な材料を用いる場合に特に有利である。
【００２５】
鋭敏な材料を、吸着材として用いることもできる。而して、フィルター層の製造時に、フィルター層を製造するために、炉中で乾燥させなければならない水性マッシュをベースとしている製造プロセスの結果として不活性となると考えられるフィルターモジュール中に吸着材を導入できる。この製造プロセスでは、感水吸着材又は感熱吸着材は、製造中に効力を失うと考えられる。而して、そのようなモジュールを使用するまったく新しい分野を開拓できる。
【００２６】
抽出物、例えば、活性物質を放出して、処理される流体に対してある種の要素又は特性を付与する植物由来の材料も、処理材料として用いることができる。また、計量して活性物質を添加しながら、濾液を混合することもできる。予め設定した多孔質成分を用いることもでき、計量添加は、処理材料を介して行うことができる。
【００２７】
内部は、好ましくは、詳しくは水分に対して敏感な材料を用いることができるという利点を有する乾燥処理材料を含む。
好ましくは、処理材料は、多孔質成分の内側に施用される。各用途の充填レベルは、存在するセル容積を考慮に入れて、材料の量として決めることができる。
【００２８】
更なる態様にしたがって、セルの内部には、処理材料が封入されるか又は処理材料が接着される材料を提供できる。好ましくは、接着面を有する不織布又は多孔質フィルムが用いられる。而して、詳しくはセル中に吸着材を均一に分配でき、それにより、材料の効力がなお更に増大する。充填されたフィルターモジュールを輸送する必要がある場合でも、輸送によって、セル内部に処理材料が不均一に分配されてしまうというリスクはない。
【００２９】
粉状又は粒状の処理材料は、好ましくは０．０１ｍｍ 〜 １０ｍｍの粒径を有する。驚くべきことに、フィルター層が、前記粉状又は粒状の材料のための閉塞しない最適な構造を有することを見出した。それにより、有意により長い有効寿命が達成される。
【００３０】
上記モジュールを製造する方法によって、前もって作製され、次に組み立てられてモジュールとされるセル、又はモジュールの組み立てによって形成されるセル、及び流体を供給するために提供されるチャネルを通してセル中へとキャリア流体と共に導入される処理材料が提供される。
【００３１】
これは、セルの内部は、充填するために用いなければならない換装手段（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ）をまったく用いずに、チャネルを経由して外部からアクセスできるという事実を利用している。
【００３２】
ガス又は流体は、キャリア流体として用いることができ、処理材料のタイプに依存する。処理材料が水分に敏感である場合、ガスが選択されるが、その逆もある。
【００３３】
空気は、好ましくは、キャリアガスとして用いられるが、処理材料が酸素に関して特に敏感で相互作用する場合は、他のキャリアガス、例えば不活性ガスを用いることもできる。
【００３４】
処理材料は、好ましくは、例えば加圧されたガスパルスを用いて、圧力勾配によって、セル（単数又は複数）中に導入される。加圧ガスパルスを用いると、すべてのセルにおいて処理材料を均一に分配されることを見出した。
【００３５】
処理材料を導入する他の好ましい方法は、振盪、振動又は圧縮のような機械的方法であり、これらの方法は、流体支持体を用いて行うこともできる。

Claims (16)

  1. 他のセルの上に別のセルが積重ねられた１つ以上のセルを有し、該セルのそれぞれが少なくとも１つの開口部を有し、該セルの該開口部又は該セルの同様な該開口部（複数）は、処理される流体を供給又は放出するための少なくとも１つのチャネルを一緒になって形成し、該セルのそれぞれは、内部空間を区切っていて、且つそこを通って該流体を通過させるように設計されている２つの平らで多孔質の部材を有し、該内部空間（単数又は複数）が該チャネルに接続されている、流体を処理するためのモジュールであって、該セル（単数又は複数）の該内部空間が該流体のための処理材料を少なくとも部分的に含むことを特徴とする前記モジュール。
  2. 該内部空間が、乾燥処理材料を含むことを特徴とする請求項１記載のモジュール。
  3. 該処理材料が、粉状、粒状、繊維状及び／又はゲル様であることを特徴とする請求項１又は２記載のモジュール。
  4. 該平らで多孔質の成分が、フィルター層から成ることを特徴とする請求項１ 〜 ３のいずれか一つに記載のモジュール。
  5. 該平らで多孔質の成分が、プラスチック又は金属の膜、織布又は不織布のような膜から成ることを特徴とする請求項１ 〜 ３のいずれか一つに記載のモジュール。
  6. 該処理材料を、該多孔質成分の内側に施用することを特徴とする請求項１ 〜 ５のいずれか一つに記載のモジュール。
  7. その中に埋封された該処理材料又はそれに対して接着された該処理材料を有する材料を、該セルの該内部空間中に配置することを特徴とする請求項１ 〜 ６のいずれか一つに記載のモジュール。
  8. 該処理材料が、０．０１ｍｍ 〜 １０ｍｍの粒径を有することを特徴とする請求項１ 〜 ７のいずれか一つに記載のモジュール。
  9. 該処理材料が、少なくとも１つの濾過活性材料を含むことを特徴とする請求項１ 〜 ８のいずれか一つに記載のモジュール。
  10. 該処理材料が、少なくとも１種類の抽出物材料を含むことを特徴とする請求項１ 〜 ９のいずれか一つに記載のモジュール。
  11. 該平らで多孔質の成分が、濾過活性物質を有していないことを特徴とする請求項１ 〜 １０のいずれか一つに記載のモジュール。
  12. 該セルを、前もって作製し、次に組み立ててモジュールとするか、又は該モジュールを組み立てることによって該セルを形成する、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のモジュールを製造する方法であって、キャリア流体と共に、処理材料を、該流体を供給するために提供された該チャネルを通して該セル中へと導入することを特徴とする前記方法。
  13. 該処理材料を、圧力勾配によって、該セル中へと導入することを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 該処理材料を、該セル中へと機械的に導入することを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
  15. 該処理材料を、振盪、振動又は圧縮によって導入することを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 該処理材料の該導入を、流体支持体を用いて行うことを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
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