JP2014528352A - 改良したマニホルド構造 - Google Patents

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Abstract

改良した濾過モジュール組立体であって、濾過カートリッジを内部に配置した容器と、容器の端部に連結したヘッダーとを有し、このヘッダーは、端部が開放した上側端部及び下側端部を有するハウジングと端部キャップとを有し、端部キャップは、ハウジングの端部が開放した上側端部の内壁によって画定される相補構造に整合する部分を有して、ハウジングに対して着脱可能に係合するようにし、端部キャップは、さらに、容器から流体が流出するための通路を画定する、該濾過モジュール組立体を提供する。濾過モジュール組立体は、改良したマニホルド構成を複数個のこのようなモジュールを備える濾過システムに対して流体が出入りするよう連通させるのに使用可能にし、また本発明の構成は、このような濾過システムの改善した動作を容易にする。【選択図】図７

Description

本発明の態様及び実施形態は膜濾過システムに関し、より具体的には、複数個の濾過モジュールに対して流体が出入りするよう連通させるのに使用するマニホルド構造に関する。
濾過モジュール組立体は、濾過カートリッジを保持するヘッダーを有することがよくある。濾過カートリッジは、濾過サブシステムを有し、また若干の実施形態においては、複数の膜体を有することがある。濾過カートリッジは、ヘッダーに取付けて、また濾過カートリッジからの浸透流体が、ヘッダー及びひいては濾過モジュールを通過し、濾過流体として引出される。濾過システムは、互いにマニホルドによって流体的に接続されるこのような濾過モジュールを複数個有することがよくある。マニホルドは、一般的には、濾過モジュールのヘッダーの上方及び下方に配置し、流体がヘッダーを介してモジュールに対して出入りする連通を行う。
これらシステムにおける濾過カートリッジは限られた寿命しかなく、濾過システムの作動寿命中に定期的間隔でクリーニング及び／又は交換のために取外す必要がある。点検修理サービスを必要とする濾過カートリッジは、先ずヘッダー取付け部を取外すことによって、例えば、ヘッダー取付け部を垂直方向に移動して、モジュールから釈放させることによって、濾過カートリッジを取外す。次に濾過カートリッジをモジュールから取出す。
モジュール内の膜体は、定期的な検査、評価、診断、クリーニング及び／又は交換を必要とする場合があり得る。濾過モジュール組立体は、モジュールの垂直方向上方にマニホルドを有することがよくある。マニホルドの位置は、モジュールを垂直方向に位置決めしたマニホルドから側方に回避できるようにする必要がある。濾過システムは概して複数個の濾過モジュールを有し、またモジュールは大きなアレイを形成するバンク（集合列）として配列することがよくある。濾過システムにおける単独の膜体モジュールにアクセスするには、バンクにおける隣接モジュールも外して点検修理サービスが必要なモジュールにアクセスする必要がある。モジュールがバンク内の深い位置に配置されているとき、このことは特に問題がある。単独のモジュール、とくに、膜体モジュールの複数列アレイ内の深い位置に配置されているモジュールの評価又は点検修理サービスは、時間及び労力が多くかかり、この結果、濾過システムのオフライン状態が、望ましくないほど長くかつコストのかかる期間にわたることになる。
さらに、濾過システムは、一般的に高架支持フレームから垂直方向に懸垂したモジュールを有し、したがって、ヘッダー及びヘッダー取付け部は垂直方向に変位してカートリッジが側方に外れるおそれがあり得る。高架支持フレームは、しばしば製造及び保守に費用がかかるものである。
本発明の１つ又はそれ以上の態様は、改善した濾過モジュール組立体に関する。改善した濾過モジュール組立体は濾過システムに有利に使用することができる。本明細書に記載の本発明濾過モジュール組立体の態様及び実施形態は、有利にも濾過システムの濾過モジュールを点検修理するのに要する停止時間を減少することができる。本明細書に記載の本発明濾過モジュール組立体の態様及び実施形態は、濾過システムの濾過モジュールを改善した取付け構成に取り付けることができる。
本発明の態様によれば、容器と、容器の端部に連結したヘッダーを有する濾過モジュール組立体を提供する。ヘッダーは、上側の端部が開放した上側端部及び下側端部を有するハウジングを含む。濾過モジュール組立体は、さらに、ハウジングの前記端部が開放した上側端部の内壁によって画定された相補的な構造と整合する部分を有し、前記ハウジングに着脱可能に係合する端部キャップを備え、また端部キャップは、容器から流体が流出する通路を画定する。容器内に配置した濾過カートリッジは、前記ハウジングの下側端部に着脱可能に連結する上側端部を有する。
若干の実施形態によれば、前記濾過カートリッジは、前記濾過カートリッジの下側端部と、前記濾過カートリッジの上側端部との間に延在する複数の透過可能な中空ファイバ膜体を有する。
若干の実施形態によれば、前記容器は、前記濾過カートリッジの下側端部と、前記濾過カートリッジの上側端部との間に延在し、また前記複数の透過可能な中空ファイバ膜体を包囲するスクリーンを有する。
若干の実施形態によれば、濾過モジュール組立体は、さらに、前記端部キャップ及び前記濾過カートリッジの上側端部によって画定される濾過流体（濾液）収集チャンバを備える。
若干の実施形態によれば、前記通路は、前記濾過流体収集チャンバと第１流体転送マニホルドとの間を流体連通させる濾過流体連通通路を含む。
若干の実施形態によれば、前記端部キャップは、さらに、前記濾過流体収集チャンバを濾過流体共通ポートから流体的に隔離するよう構成及び配列したシャットオフバルブを有する。
若干の実施形態によれば、前記第１流体転送マニホルドは前記ヘッダーに接続し、また前記第１流体転送マニホルドは、濾過流体通路を有し、さらにまた第２モジュール組立体の第２流体転送マニホルドに接続して、前記第１流体転送マニホルドの前記濾過流体通路と、前記第２流体転送マニホルドの濾過流体通路との間を流体連通させる。
若干の実施形態によれば、前記通路は、前記端部キャップの側面及び前記ハウジングの内面によって画定される濾過流体連通通路を含む。
若干の実施形態によれば、前記濾過カートリッジは、前記ハウジングの内径よりも小さい外径を有する。
若干の実施形態によれば、前記濾過カートリッジは、前記膜体の一部を包囲する据込みスリーブに画定した流体連通開口を有し、該流体連通開口は、前記ハウジングにおける供給流体通路と前記膜体の外面との間を流体連通するものとする。
若干の実施形態によれば、前記着脱可能な端部キャップは、前記ハウジングの内壁の上側部分に設けた整合ねじ山に係合するよう構成したねじ山を有する。
本発明の他の態様によれば、濾過システムを提供し、この濾過システムは、第１流体連通開口、及び第１ヘッダーの上側端部に係合する着脱可能な第１端部キャップを有する該第１ヘッダー、及び前記第１ヘッダーの下側端部に配置する端部を有する第１濾過カートリッジを含む第１濾過モジュールと、第２流体連通開口、及び第２ヘッダーの上側端部に係合する着脱可能な第２端部キャップを有する該第２ヘッダー、及び前記第２ヘッダーの下側端部に配置する端部を有する第２濾過カートリッジを含む第２濾過モジュールと、前記第１濾過モジュールと前記第２濾過モジュールとの間に配置し、前記第１流体連通開口及び前記第２流体連通開口に流体連通する第１共通流体転送マニホルドとを備える。
若干の実施形態によれば、前記第１共通流体転送マニホルドは、前記第１濾過モジュールに設けた膜体ファイバのルーメン及び前記第２濾過モジュールに設けた膜体ファイバのルーメンに流体連通する。
若干の実施形態によれば、濾過システムは、さらに、前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーとの間に配置し、また前記第１濾過モジュールに設けた膜体ファイバの外面及び前記第２濾過モジュールに設けた膜体ファイバの外面に流体連通する第２共通流体転送マニホルドを備える。
若干の実施形態によれば、前記第１ヘッダーは、前記第１濾過カートリッジの外径より大きい内径を有し、前記第２ヘッダーは、前記第２濾過カートリッジの外径より大きい内径を有する。
若干の実施形態によれば、第１ハウジング及び第２ハウジングのそれぞれに画定した１個又は複数個の流体連通開口を、前記第１濾過カートリッジ及び前記第２濾過カートリッジの双方に流体連通させる。
若干の実施形態によれば、前記着脱可能な第１端部キャップを端部が開放した第１ハウジングに係合して、前記着脱可能な第１端部キャップと前記第１濾過カートリッジとの間に濾過流体収集チャンバを画定する。
若干の実施形態によれば、前記着脱可能な第１端部キャップは、前記濾過流体収集チャンバと前記第１流体連通開口との間に流体連通する流体連通通路を有する。
本発明の他の態様によれば、濾過システムを運用する方法を提供し、この方法は、それぞれ濾過カートリッジを有する複数個の濾過モジュールであって、前記複数個の濾過モジュールは、共通供給流体転送マニホルド及び共通濾過流体転送マニホルドによって流体接続し、前記複数個の濾過モジュールのそれぞれは、それぞれに対応する端部が開放した上側ハウジングに配置した着脱可能な対応の端部キャップを有する、該複数個の濾過モジュールに供給流体を通過させるステップと、前記第１濾過モジュールの前記端部キャップにおけるシャットオフバルブが係合することによって、前記複数個の濾過モジュールにおける第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジを前記共通濾過流体マニホルドから隔離し、前記第１濾過モジュールの動作を停止させるステップと、前記着脱可能な端部キャップを、前記第１濾過モジュールの前記端部が開放したハウジングから離脱させるステップと、前記第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジを前記第１濾過モジュールの前記ハウジングから長手方向に変位させることにより、前記第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジにアクセスするステップと、前記第１濾過モジュールの組立体における前記ハウジングに前記着脱可能な端部キャップを再係合させるステップと、及び前記第１濾過モジュールの組立体の動作を復帰させるステップとを有する。
若干の実施形態によれば、前記着脱可能な端部キャップを前記第１濾過モジュールの組立体における前記ハウジングから離脱させるステップは、前記第１濾過モジュールの前記着脱可能な端部キャップを前記第１濾過モジュールの前記ハウジングに対して回転させ、前記第１濾過モジュールの前記着脱可能な端部キャップに形成したねじ山を、前記第１濾過モジュールの前記ハウジングの内壁の上側部分に設けた整合ねじ山から離脱させるステップを含む。
添付図面は、縮尺どおりに描くことを意図していない。図面において、種々の図に示す各同一の又はほぼ同一のコンポーネントは同様の参照符号で示す。簡明にするため、各図において、すべてのコンポーネントに参照符号を付けてはいない。
本発明の例示的実施形態による１対の膜モジュールを示す線図的断面図である。 図１の領域Ａにおける拡大した線図的断面図である。 図２に示す点線以下の領域Ａのさらに拡大した線図的断面図である。 本発明の例示的実施形態による膜濾過モジュールの上側据込みヘッドの拡大した線図的断面図である。 本発明の例示的実施形態による膜濾過モジュールの上側据込みヘッドの一部分解した線図的断面図である。 本発明の例示的実施形態による着脱可能な端部キャップを有する膜濾過モジュールの拡大した線図的断面図である。 本発明の例示的実施形態による膜濾過モジュールのバンクを一部分解して前方から見た線図的斜視図である。 図７に示す膜濾過モジュールのバンクを一部分解して後方から見た線図的斜視図である。 図７に示す膜濾過モジュールのバンクを一部分解して後方から見た線図的拡大斜視図である。 図７に示す膜濾過モジュールのバンクの後方下側部分を一部分解した線図的拡大斜視図である。 本発明の例示的実施形態による支持ラックに取付けた１対の濾過モジュールの前方から見た線図的側面図である。 図１１に示す濾過モジュールのラックの線図的斜視図である。 本発明の例示的実施形態による図１に示す１対の膜濾過モジュールの一部分解した線図的断面図である。 本発明の例示的実施形態による１対の膜濾過モジュールの一部切除して示す断面図である。
本発明の実施形態による濾過モジュール組立体を、図１に全体的に参照符号１０で示す。この組立体１０は、濾過モジュール１１及び１２を有し、これら濾過モジュールは、それぞれ共通する上側マニホルド１３及び下側マニホルド１４と流体連通する。場合によって、濾過モジュール１１，１２は膜モジュールと称することができ、また場合によっては、１対のモジュールとしても称することができる。各濾過モジュール１１，１２は、管状の外側ケーシング１５を有し、この外側ケーシング１５はそれぞれに対応のカートリッジ１６を包囲する。カートリッジは、それぞれ互いに対向する上側据込みヘッド１７と下側据込みヘッド１８との間に詰め込みまた垂直方向に延在する複数の中空ファイバ膜体（図示せず）を有する。据込みヘッド１７，１８は、代表的には樹脂性据込み材料により形成する。図１に示す実施形態の据込みヘッド１７，１８は全体的に円筒形の形態であるが、据込みヘッドの形状及びサイズはそれほど厳密に規定されるものではなく、正方形、長方形、三角形、又は楕円形のブロックを含む種々の形態を使用することができる。据込みヘッド１７，１８は、それぞれに対応する据込みスリーブ２０，１９内に注型され、また周囲を包囲される。各モジュール１１，１２は上側ヘッダー１５５を有する。
中空ファイバ膜体は、濾過カートリッジの作業部分をなす。各ファイバ膜体は、約０.２ミクロンの平均孔サイズ、約６００ミクロンの壁厚、及び約２００ミクロンのルーメン（管腔）直径を有するものとすることができる。ファイバ膜体は束状に配列することができる。束内には約１４，０００本の中空ファイバを設けることができるが、この数、並びに個別ファイバの寸法及び特性はそれほど厳密に規定されるものではなく、作動要件に従って変動することができる。
若干の実施形態において、膜据込みスリーブは、膜体ルーメンとモジュールの流体連通領域との間に流体が転移できる特徴を有する。図２につき説明すると、各据込みスリーブ１９は、据込みヘッド１８と膜体ファイバとの間の境界面を越えて延在し、流体連通領域２１を形成する。各据込みスリーブは、流体連通領域２１に形成し、また配置した複数の開口２２を有する。若干の実施形態によれば、開口２２のアレイは、据込みスリーブの周りで周方向及び長手方向に互いに離して配置する。各開口２３は周方向に延在する溝孔の形態とする。開口２３のサイズ、形状及び数は、厳密に規定されるものではない。開口は、図示以外の他の形態とすることができ、また種々のジオメトリにすることができる。図１につき再び説明すると、各据込みスリーブ１９，２０は複数の開口２２を有する。開口２２のアレイは、各据込みの末端部（モジュールの内方部分寄りの端部）に向かって配置することができる。開口２２は、それぞれ対応する据込みヘッド１７，１８の末端部２４，２５に向かって配置する。
本発明の若干の実施形態によれば、下側据込みヘッドは、据込みヘッドと据込みされる膜体ファイバとの間における流体転送を促進する貫通路を有することができる。図２につき説明すると、下側据込みヘッド１８は、下側据込みヘッド１８の下端表面から上端表面（ここから据込みされる膜体（図示せず）が延在する）までほぼ長手方向に延在する貫通路を有する。下側据込みヘッド１８は、下方に拡張するスカート２９を有し、このスカート２９は下側据込みヘッド１８の下端表面２７から突出する。
本発明の態様及び実施形態によれば、膜モジュールの下側据込みスリーブは下側ソケットに嵌合させて連結することができる。このソケットは流体制御マニホルドと連通し、この流体制御マニホルドは、有利には下側ソケットからオフセットさせて点検修理を容易にする。図２につき説明すると、下側据込みヘッド１８及び対応の据込みスリーブ１９は下側ソケット３１に嵌合させる。下側ソケット３１の下方部分３３は管状ネック部分３４及び下方突出接続フランジ３５まで内方にテーパを付ける。ネック部分３４及び接続フランジ３５は、下側ヘッダー３２における流体転送ポート４５及び整合接続フランジ３７と流体連通する。ソケット３１のネック部分３４の周りに配置した周方向溝３８，３９はＯリング４０，４１を収容し、ソケット３１と下側ヘッダー３２との間で整合接続フランジ３７を介して封止係合を生ずる。
環状フランジ５を、管状ネック部分３４とソケット３１の外壁６との間で下側ソケット３１から突出させる。フランジ５は、下側ヘッダー３２の上側面に設けた上方に突出する整合環状フランジ７とねじ係合するねじ山を設ける。環状フランジ５，７は、互いにねじ係合したとき、対応の整合接続フランジ３５，３７を整列させるよう位置決めされる。
本発明の態様及び実施形態によれば、下側ソケットは、膜モジュールを有利に収容及び支持することができる。若干の実施形態において、ソケットにより生ずる支持は、改良した濾過システムフレームの使用を容易にする。さらに図２につき説明すると、下側ソケット３１の上方部分４３の内壁４２は、モジュールの外側ケーシング１５を収容及び支持するよう構成した内方に突出する周方向リブ４４を有する。外側ケーシング１５は、下側ソケット３１の上方部分４３内に嵌合し、またリブ４４によって支持される。リブ４４は、セグメント化するか、又は複数の突起によって形成することができる。
下側ソケットは、有利なことに、下側据込みスリーブにおける開口と下側ヘッダーに配置した流体転送ポートとの間の流体転送通路を画定することができる。周方向リブ４４の下方で、下側ソケット３１の内壁４２は下側据込みスリーブ１９から半径方向に間隔を空けて環状流体転送通路９を画定する。環状流体通路９は、下側据込みスリーブ１９と下側ヘッダー３２の流体転送ポート４５との間に位置し、かつこれらと流体連通する。
本発明の態様及び実施形態によれば、膜モジュールは端部が開放した上側ヘッダーハウジング及び下側ソケット内に嵌合することができる。ヘッダーハウジングは、有利なことに、ハウジング内に収容される膜モジュールへのアクセスを容易にし、このことは、とくに膜モジュールが濾過システムにおける複数のモジュールのうちの１つであるときに言える。全体的に図１につき説明すると、上側据込みヘッド１７及び上側据込みスリーブ２０は端部開放上側ヘッダーハウジング３０によって収容する。端部開放上側ヘッダーハウジング３０は上側ヘッダーハウジング３０、ヘッダーハウジング３０、又は単にハウジング３０と称する場合がある。下側据込みヘッド１８及びスリーブ１９は下側ソケット３１に嵌合する。図２につき説明すると、下側ヘッダー３２は流体転送ポート４５を有し、この流体転送ポート４５は、対応する下側ソケット３１の管状接続フランジ３５を収容するサイズの管状整合接続フランジ３７を有する上側面４６の中心に配置する。若干の実施形態によれば、下側ヘッダー３２は供給流体／ガス兼用ヘッダーとすることができる。下側ヘッダー３２は内部流体接続通路５０を有するヘッドピース４９を有し、内部流体接続通路５０は、流体転送ポート４５から下方に延在し、またヘッドピース４９の側面に向かって半径方向外方に延在して半径方向に突出する接続フランジ５１に至る。
本発明の態様及び実施形態によれば、共通流体制御マニホルドは、下側据込みヘッドからオフセットし、また若干の実施形態において、膜モジュールの下方であって、膜モジュール相互間に配置すると有利である。図３につき説明すると、各ヘッドピース４９の半径方向突出接続フランジ５１は共通流体制御マニホルド５４の接続フランジ５２，５３内に嵌合し、また封止接続する。共通流体制御マニホルド５４は、各モジュールの下側ヘッドピース４９相互間配置すると有利である。半径方向突出接続フランジ５１は１対の周方向溝５５，５６を有し、これら溝にはそれぞれＯリング５７，５８を収容し、マニホルド５４のそれぞれに対応する整合接続フランジ５２，５３と封止係合する。
流体制御マニホルド５４の本体は側壁を有し、これら側壁は、供給流体通路６０と、供給流体通路６０の上側壁６２からほぼ垂直方向下方に半径方向に供給流体通路６０まで至る制御ポート６１とを画定する。制御ポート６１は、導管６１とも称することができ、また本明細書に使用するこれら用語は互いに置換え可能である。
流体は流体制御マニホルド５４の流体通路６０に流体連通する１個又は複数の通路に供給することができる。例えば、図３につき説明すると、出力通路６３，６４を流体制御マニホルド５４のそれぞれに対応する接続フランジ５１，５２に接続する。出力通路６３，６４は、導管６１の基端部と流体接続することによって、供給流体通路６０と流体連通する。導管６１は下側の末端部６５が開放しており、供給流体通路６０からの供給流体が流入することができる。通路６０における供給流体は、濾過すべき液体、浸透液、ガス又はそれらの任意な組合せとすることができる。導管６１は複数の通路に分割することができる。例えば、導管６１は１対の通路６６，６７に分割され、この分割は、導管６１の直径部に沿って長手方向に配置し、かつ下側末端部６５から上方に延在する１つ又は複数の隔壁６８によって行うことができる。導管６１は、供給流体通路６０の上側壁６２を貫通し、また１つ又は複数の曝気（エアレーション）開孔、例えば、導管の側壁における１対の開口６９，７０を有する。開孔６９，７０は、供給流体通路６０及び各出力通路６３，６４との間で流体連通を生ずる。導管６１における曝気開口の数は導管内に形成する通路の数に対応するか、又は変化し得る。若干の実施形態において、種々の曝気開口を流体制御マニホルド５４内の異なる高さに配置することができる。
若干の実施形態において、曝気制御開孔及び対応する通路により、ガス流が供給流体通路内の液体を押しのけることなく、膜モジュールに通過できるようにするのが有利である。若干の実施形態において、曝気制御開孔の特徴部は、有利なことに、共通流体マニホルド内の導管がガスで完全に充満してしまうのを防止する。図３につき説明すると、共通流体マニホルド５４における導管６１は曝気制御開孔７１，７２を有し、これら曝気制御開孔７１，７２はそれぞれ導管６１の対応の通路６６，６７に連通する。導管６１における曝気制御開孔の数は、導管内に形成する通路の数に対応させ、各通路に少なくとも１つの曝気制御開孔を形成するか、又は変化し得る。曝気制御開孔７１，７２は、導管６１の下側末端部６５から垂直方向に間隔を空けた位置に配置する。この位置は、供給流体通路６０内の流体を押しのけることなく、ガスが曝気制御開孔７１，７２を通過できるようにすると有利である。曝気制御開孔は、導管６１がガスで完全に充満するのを防止する上で有益である。曝気制御開孔７１，７２は、若干の実施形態において、供給流体通路６０内の異なる高さに配置して、他の望ましいガス流が得られるようにすることができる。
図１及び４につき説明すると、ファイバ膜体（図示せず）の上側端部は上側据込みヘッド１７内に埋設する。据込みヘッド１７は、例えば、ポリウレタンのような樹脂材料のプラグを有することができる。この材料を据込みスリーブ２０内に注型する。本発明の態様及び実施形態によれば、膜モジュール内に据込まれる膜体ファイバはスクリーン８０によって包囲する。スクリーンは取扱い中に膜体を保護し、また膜体束内の流体流を保持するよう作用する。若干の実施形態において、スクリーンは平滑な表面を有し、使用中膜体に起こり得る摩耗を減少する。上側据込みスリーブ２０の下側端部７９は円筒形のスクリーン８０に収容し、上側据込みスリーブ２０が存在するときファイバ膜体（図示せず）を包囲する。円筒形のスクリーン８０は、上側据込みスリーブ２０の下側端部７９と下側据込みスリーブ１９の上側端部（図１に示す）との間に延在する。スクリーン８０は、据込みスリーブの外壁に沿って周方向リブ８０′によって流体連通領域２１から離間した位置まで延在する。１つの好適な実施形態において、スクリーン８０は薄い壁を有する密実なチューブとするが、他のスクリーン形態、例えば、有孔チューブ又はケージ状メッシュを使用することもできる。
本発明の態様及び実施形態によれば、上側据込みヘッド及び据込みスリーブは、環状アダプタに収容すると有利である。環状アダプタは、上側ヘッダーハウジング内に取付け、また濾過モジュール、濾過システム組立体の構造に役立ち、またこのような組立体に位置決めしたモジュールの点検修理を容易にする形態にすると有利である。
図１及び４につき再び説明すると、上側据込みヘッド１７及び上側据込みスリーブ２０は、環状アダプタ８１内に嵌合する。上側据込みスリーブ２０及び環状アダプタ８１は、上側ヘッダーハウジング３０によって包囲し、またこの上側ヘッダーハウジング３０内に取付ける。上側ヘッダーハウジング３０は、端部が開放し、また上側据込みスリーブ２０及び環状アダプタ８１を緊密に収容する寸法にする。据込みスリーブ２０の上側端部の周縁に配置した溝７５及び７６にそれぞれＯリング７７及び７８を収容し、スリーブ２０を環状アダプタ８１に整合させるのを支援する。据込みスリーブ２０は、さらに、サークリップ８２により環状アダプタ８１に係合かつ保持し、このサークリップ８２は、据込みスリーブ２０及び環状アダプタ８１の対応する外壁及び内壁に設けた整合溝８３，８４に配置する。上側据込みスリーブ２０は、さらに、上側ヘッダーハウジング３０の半径方向に突出する肩部８５上に支持し、この支持は、上側据込みスリーブ２０の外方に突出するリブ８６によって行う。ロック用突出部８５′を上側ヘッダーハウジング３０の外壁に形成する。ロック用突出部８５′は肩部８５に形成した溝孔（図示せず）に係合し、上側据込みスリーブ２０と上側ヘッダーハウジング３０との間の相対回転を阻止する。
上側ヘッダーハウジング３０は、上側コンポーネント８７及び下側コンポーネント８８により形成する。上側コンポーネント８７の下側端部８９は周縁フランジ９０を有する。周縁フランジ９０の下面９１は環状溝９２を有する。下側コンポーネント８８の上側端部９３は、周縁フランジ９０に突合せる周縁フランジ９４を有する。周縁フランジ９４の上面９５は環状リブ９６を有し、この環状リブ９６は、フランジ９０，９４が衝合したとき、環状溝９２と整合するサイズにする。フランジ９０，９４は、Ｃ字状断面の外部クリップ９７により突合せ係合状態に保持し、この外部クリップ９７はフランジ９０，９４の周縁上に嵌着しまた係合する。フランジ９０，９４間に蟻継ぎシールを設ける。クリップ９７はフランジ９０，９４を突合せ位置に保持するようバイアスを加えた弾性自己動作デバイスとし、また例えば、パイプクランプとすることができる。若干の実施形態によれば、クリップ９７はステンレス鋼により形成することができる。フランジ９０，９４はクリップ９７を拡開して取外すことによって離脱させることができる。クリップ９７の取外しは手作業又は工具によって行うことができる。若干の実施形態によれば、クリップ９７はスパナ又はプライヤで取外すことができる。
濾過作業中、環状アダプタ８１は、上側ヘッダーハウジング３０の上側コンポーネント８７に封止係合する。環状アダプタ８１の周縁周りに配置した環状溝１００，１０１にＯリング１０２，１０３を支持する。Ｏリング１０２，１０３は上側ハウジングコンポーネント８７の内壁に力を加え、封止係合を生ずる。
図４につき説明すると、上側ヘッダーハウジング３０は、コンポーネント８７の下側端部８９と、上側コンポーネント８７の環状溝１００，１０１との間に拡大直径部分を有する。ハウジング３０の拡大直径部は、環状流体転送通路１０４を形成する。流体転送通路１０４は、上側据込みスリーブ２０の外壁と上側ヘッダーハウジング３０の上側コンポーネント８７の内壁との間に位置し、共通流体領域２１と流体連通する。環状流体転送通路１０４に隣接してこの環状流体転送通路１０４から延在する流体転送ポート１０５は、上側ヘッダーハウジングコンポーネント８７の側壁に位置する。流体転送ポート１０５は、その遊端１０７に管状接続フランジ１０６を有する。環状溝１０８，１０９は、接続フランジ１０６の周縁周りにＯリング１１０，１１１を支持する。
上側据込みスリーブ２０は、共通流体領域２１と流体連通する複数の開口２２を有する。濾過中、上側据込みスリーブ２０は、上側ヘッダーハウジング３０内に取付け、また複数の開口２２がさらに環状流体転送通路１０４と流体連通するよう位置決めする。若干の実施形態において、据込みスリーブ２０が上側ヘッダーハウジング３０に対して相対回転するのを防止するのが望ましい。据込みスリーブ２０及びひいては開口２２の回転は、流体流出領域における膜体に対して損傷を与える恐れがある。ロック用突出部８５′は、有利なことに、このような回転を阻止し、また開口２２の位置を流体転送ポート１０５から固定的に離間させ、流体流出領域における膜体に対する損傷を防止する。
本発明の態様及び実施形態によれば、上側据込みスリーブ及び取付けた環状アダプタは、着脱可能な端部キャップによって、上側ヘッダーハウジング内の取付け位置に保持することができる。着脱可能な端部キャップは、膜体組立体をハウジングに封止係合させ、また濾過流体排出通路を画定する。本明細書で使用する用語「着脱可能な端部キャップ」は、着脱可能な端部キャップ又は膜モジュールに含まれる任意な他の部分のいずれにも損傷を与えることなく、膜モジュールから可逆的に取外すことができるものである。濾過モジュールから取外した着脱可能な端部キャップは、モジュールで交換することができ、またモジュールは着脱可能な端部キャップの取外し及び交換によって生ずる性能喪失がなく動作することができる。
図５につき説明すると、据込みヘッド１７を含む上側スリーブ２０は環状アダプタ８１によって収容されるとともに、連結される。環状アダプタ８１は、上側ヘッダーハウジング３０内で取付け位置に着脱可能な端部キャップ１２０によって保持される。着脱可能な端部キャップ１２０は、単に端部キャップ１２０とも称する。端部キャップ１２０は、底部部分１２１、縮径中間部分１２２及び上側部分１２３を有する。図４につき説明すると、濾過流体排出通路１２６は、上側ヘッダーハウジングのコンポーネント８７の内壁、端部キャップ１２０の縮径中間部分１２２の外壁、端部キャップの上側部分１２３の底面、及び端部キャップの底部部分１２１の頂面によって画定される。濾過流体排出通路１２６は、内部凹面状壁１２７、上壁１２９、下壁１３０を有する。濾過流体排出通路１２６の上壁１２９と下壁１３０との間に複数の半径方向に延在する補強リブ（図示せず）が延在する。
図４及び５につき説明すると、端部キャップ１２０の底部部分１２１は、中心ボス１３１を有し、この中心ボス１３１にシャットオフ通路１２４の下端１３２が貫通開口する。底部部分１２１は、周縁の下方突出リブ１３３を有し、この下方突出リブ１３３は、環状アダプタ８１の上側周端縁１３４に圧着する。環状アダプタ８１の上側周端縁１３４は、内方に突出する周方向の持上げ肩部１３９を有し、この持上げ肩部１３９は下方突出周縁リブ１３３に衝合する。衝合したとき、リブ１３３及び肩部１３９は、底部部分１２１を上側据込みヘッドの上面１３６の上方に位置決めし、濾過流体収容チャンバ１３５を画定する。濾過流体収容チャンバ１３５は、上側据込みヘッド１７の上面１３６と端部キャップ１２０との間に位置する。上側据込みヘッド１７内に据込みされたファイバ膜体の開放端部は濾過流体収容チャンバ１３５に開口し、膜体ファイバルーメンと濾過流体収容チャンバ１３５との間における流体連通を生ずる。
周縁溝１３７は端部キャップの底部部分１２１の下方突出リブ１３３に隣接し、またＯリング１３８を支持する。溝１３７及びＯリング１３８は、端部キャップ１２０及び上側ヘッダーハウジング３０に封止係合する。図６につき説明すると、端部キャップ１２０の上側部分１２３は、中心に位置するボス部分１４１が付いた床部１４０を有する。周方向の段差付きの壁１４３は、上側部分１２３の床部１４０から上方に延在し、上方に開放する窪み１４４を画定する。段差付きの壁１４３の上側部分１４５の外周面には、ヘッダーハウジング３０の内壁面の上側部分における整合ねじ山１４７にねじ係合するねじ山１４６を設ける。
端部キャップ１２０の上側部分１２３の外壁で段差部に隣接しかつねじ山１４６の下側に周縁溝１４８を設け、この周縁溝１４８にＯリング１４９を支持する。この構成は、Ｏリング１３８とともに、濾過流体排出通路１２６の流体密シールを形成する作用を行う。
若干の実施形態によれば、着脱可能な端部キャップは、流体流を有利に制御する特徴を有することができる。若干の実施形態において、バルブを動作させて、システム内の他のモジュールに干渉することなく、濾過システムから濾過カートリッジを切り離すようにすることができる。
図６につき説明すると、端部キャップ１２０は中心に位置するシャットオフ通路１２４を有する。シャットオフ通路１２４は、上側部分１２３から底部部分１２１の側面１２５まで延在する。シャットオフ通路１２４は、シャットオフバルブ１５０を収容し、このシャットオフバルブ１５０は濾過流体収容チャンバ１３５から濾過流体排出通路１２６の内部への流体連通を選択的に生ずるようにする。シャットオフバルブ１５０の頂部部分１５１には、調整ツール、例えばバルブを操作するためのねじドライバ又はレンチを収容するための開孔（図示せず）を設ける。若干の実施形態によれば、シャットオフバルブ１５０は手動で操作することができるようにする。他の実施形態によれば、シャットオフバルブ１５０は遠隔操作使用、例えば、遠隔制御サーボモータ（図示せず）又は他のアクチュエータとすることができる。シャットオフバルブ１５０とシャットオフ通路１２４の内壁との間に流体密シールを生ずるシール１５２をシャットオフバルブ１５０の中心部分に隣接して配置する。
端部キャップ１２０におけるポート１５４は、濾過流体収容チャンバ１３５及び濾過流体通路１６０を流体接続する。シャットオフバルブ１５０は、バルブ１５０の下端に位置するシール１５３を有する。シャットオフバルブ１５０が上方に移動するとき、シール１５３はポート１５４を閉じ、濾過流体が濾過流体収容チャンバ１３５から流出して濾過流体排出通路１２６に流入するのを阻止する。ポート１５４の閉鎖は、しかし、濾過流体通路１２６を経て隣接のモジュールヘッダーに出入りする濾過流体流に干渉しない。シャットオフバルブ１５０は、フィルタ組立体のコンポーネント部分を分解する必要なしに容易に動作できるよう設計する。シャットオフバルブ１５０は、有利にも、複数のモジュールを有する濾過システムにおける単独の膜モジュールをオフライン状態にし、周囲の他のモジュールはオフラインにする必要がないようにすることができる。
若干の実施形態によれば、バルブ１５０は、シャットオフ通路１２４の内壁とねじ係合するバルブ１５０のシャフト１５６を回転することによって、開放位置から閉鎖位置に移動することができる。通路１２４におけるシャフト１５６の第１方向への回転は、シール１５３の軸線方向上方移動を生じ、ポート１５４を閉じる。シャットオフバルブ１５０は、シャフト１５６を反対方向に回転することによって開放することができる。
若干の実施形態によれば、バルブ１５０は濾過システムのオペレータをさらに支援する特徴を有する。シャットオフバルブ１５０のシャフト１５６は、例えば、操作するとき端部キャップ１２０の上側部分１２３の下側壁から突出し、離れた距離でも、バルブが閉じた位置にあり、バルブを制御するモジュールが切り離された状態又はオフライン状態になることを容易に見分けることができるようにする。若干の実施形態によれば、シャットオフ通路１２４は、透明窓を有する、又は透明材料で形成し、圧力検査又は圧力減衰検査中にオペレータが気泡を観測できるようにする。
本発明のヘッダーハウジングは、本明細書に記載するようにヘッダーハウジングに収容した複数の膜モジュールを備える濾過システムの構成及び設計を容易にすることができる。本発明の態様によるヘッダーハウジングは、膜モジュールを有利に位置決めされる共通流体マニホルドに流体接続し、濾過システムを点検修理するための改善した方法を容易にする。本発明のヘッダーハウジングは、さらに、改善した濾過システムの支持フレームの構成を容易にする。
図４につき再び説明すると、ヘッダーハウジング３０の上側コンポーネント８７は、上側コンポーネント８７の側壁に位置して濾過流体排出通路１２６に隣接しまたそこから延在する濾過流体転送ポート１６０を有する。濾過流体転送ポート１６０は、遊端１６２に半径方向突出管状接続フランジ１６１を有する。環状溝１６３，１６４は管状接続フランジ１６１の周縁周りのＯリング１６５，１６６を支持する。濾過流体転送ポート１６０の半径方向突出フランジ１６１は、共通濾過流体転送マニホルド１６８に位置する接続フランジ１６７に嵌合し、また封止接続を行う。共通濾過流体転送マニホルド１６８は、モジュール１１，１２の上側ヘッダー１５５相互間に位置する。
図４についての説明を続けると、流体転送ポート１０５は、さらに、半径方向突出接続フランジ１０６を有する。半径方向突出接続フランジ１０６は、共通濾過流体転送マニホルド１６８の下側でモジュール１１，１２の上側ヘッダー１５５相互間に配置した共通流体（例えば、供給）転送マニホルド１７０の接続フランジ１６９に封止接続する。Ｏリング１１０，１１１は、流体転送マニホルド１７０の接続フランジ１６９に整合し、またこれと封止係合する。図１及び２につき説明すると、上述したように、モジュール１１，１２は、さらに、下側流体転送マニホルド５４によって流体接続する。
図１につき再び説明すると、流体転送マニホルド１７０及び濾過流体転送マニホルド１６８には、それぞれほぼ円形断面の通路１７１及び１７２を設ける。通路１７１，１７２は、モジュール１１，１２の長手方向軸線に直交する方向に延在する。濾過流体転送マニホルド１６８は、流体転送マニホルド１７０の上方に取付ける。マニホルド１６８，１７０は、モジュール１１，１２の上側ヘッダーハウジング３０相互間に取付けるマニホルド１６８，１７０及び５４のそれぞれは、有利にはモジュール対間に配置する。さらに、上側マニホルド１６８，１７０の位置は、着脱可能な端部キャップ１２０へのアクセスを妨げない。
本発明の態様及び実施形態によれば、濾過システムは、本明細書に記載の濾過モジュール組立体及びマニホルド形態を実現することができる。この結果得られる改善した濾過システムは構成及び保守の費用効果がよりよくなる。
全体的に図９につき説明すると、マニホルド１６８及び１７０の外壁は凹状部分を有し、またホタテ貝殻様の形状を形成する。マニホルド５４は、同様に凹状部分を設けた外壁を有する。ヘッダーハウジング３０は、垂直方向に延在し、円筒形の輪郭をした側壁を有する。マニホルド１６８，１７０及び５４の外壁における凹状部分は、ヘッダーハウジングの側壁の幾何学的凸状形状に補完し合う。マニホルド及びヘッダーハウジングは整合してコンパクトな濾過システムをなす。
共通マニホルド５４，１６８及び１７０は、濾過モジュール組立体の長手方向軸線で画定される平面に対してほぼ対称的である。マニホルド内での供給液、濾過流体及びガスの流れは、主に濾過モジュール組立体の長手方向軸線に直交する方向に通過する。若干の実施形態において、各マニホルド５４，１６８及び１７０は、平面状の側面を有し、また各マニホルドの一方の側面に、それぞれに対応する通路６０，１７１及び１７２の端部周りのＯリングを収容する溝（図示せず）を設ける。各マニホルドの反対側側面には、隣接するマニホルドのＯリングに係合し得る環状傾斜突出部（図示せず）を設ける。各マニホルド５４，１６８及び１７０は、同様のマニホルドに突合せて衝合させることができ、これによりマニホルド列を生じて膜モジュール１１及び１２の対列を接続できる。この構成により、従来の濾過システムで可能であったよりも高いモジュールの詰込み密度にすることができる。
図８及び９につき説明すると、マニホルド１６８は、通路１７１の両側に位置する軸線方向貫通路１７５を有する。マニホルド１７０も、同様に、通路１７２の両側に位置する軸線方向貫通路１７６を有する。貫通路１７５，１７６は連結バー１７７，１７８を収容することができる。連結バー１７７，１７８はそれぞれ貫通路１７５，１７６に挿通し、モジュール対をバンク状に配列するとき、隣接のマニホルド１６８，１７０をともに保持するとともに封止係合させる。図７につき説明すると、下側マニホルド１７０は、さらに、貫通路１７９（図１に明示する）を設け、この貫通路１７９は、底部に沿って長手方向に延在し、また連結バー１７９′を収容することができる。
同様に、７につき説明すると、下側マニホルド５４は、各外側壁に配置した上側及び下側の軸線方向貫通路２００，２０１，２０２，２０３を設け、連結バー２０４，２０５，２０６，２０７を収容できるようにする。連結バー２０４，２０５，２０６，２０７は、貫通路２００，２０１，２０２，２０３に挿通し、モジュール対をバンク状に配列するとき、隣接の下側ホルド５４をともに保持するとともに封止係合させる。
図９につき説明すると、端部キャップ１２０のチューブに隣接する、ヘッダーハウジング３０の上側部分の上側外壁に１対の接線方向に突出するブラケット１８０，１８１を設け、これらブラケット１８０，１８１は、ヘッダーハウジング３０の両側に配置する。ブラケット１８０，１８１は、上側濾過流体転送マニホルド１６８の両側の側壁に配置した１対の対応フランジ１８２，１８３に整合する。ブラケット１８０，１８１は、それぞれ垂直方向貫通孔１８４，１８５を有し、濾過流体転送マニホルド１６８の対応フランジ１８２，１８３に設けた垂直方向位置決めだぼ１８６，１８７に整列し、またこれらのだぼを収容する。
ヘッダーハウジング３０の上側部分の下方外壁に、１対の半径方向に延在する突出部１９０を設け、この突出部に接線方向貫通路１９１を形成する。突出部１９０は、互いに対向する側壁に配置し（後側の突出部は示していない）、ヘッダーハウジング３０をマニホルド１６８，１７０に結合するとき、接線方向貫通路１９１は、転送マニホルド１６８，１７０の軸線に直交する方向に延在する。連結バー１９４，１９５を膜モジュール１１の突出部１９０における貫通路１９１に挿通し、またさらに、膜モジュール１２のヘッダーハウジング３０の突出部１９０における貫通路１９１に挿通する。連結バー１９４，１９５には、それぞれねじ山付き端部１９６，１９７を設け、それぞれロックナット１９８，１９９を収容し、また係合するようにし、これによりモジュール１１，１２のヘッダーハウジング３０を軸線方向に引張り、転送マニホルド１６８，１７０に突合せ係合できるようにする。
図１０につき説明すると、下側ヘッドピース４９の外壁に１対の半径方向に突出する突出部２０８を設け、この突出部２０８に接線方向貫通路２０９を形成する。突出部２０８は互いに対向する両側側面に配置し（後側の突出部は示していない）、下側ヘッダーを下側マニホルド５４に結合するとき、接線方向貫通路２０９は下側マニホルド５４の軸線に直交する方向に延在する。突出部２０８の貫通路２０９は連結バー２１０，２１１を収容することができる。連結バー２１０，２１１はモジュール１１の突出部２０８における貫通路２０９に挿通し、またモジュール１２の下側ヘッドピース４９における突出部２０８の貫通路２０９に挿通する。連結バー２１０，２１１は、ねじ山付き端部２１２，２１３を有し、対応するロックナット２１４，２１５を係合できるようにする。連結バー２１０，２１１は、モジュール１１，１２の下側ヘッドピース４９を軸線方向に引張り、下側マニホルド５４に突き当て係合させる。
当業者であれば、マニホルド及び／又はヘッダーを互いに連結する代替的機構を、代替的に又は付加的に利用できることは理解できるであろう。例えば、マニホルド及び／又はヘッダーにクリップ、交差フランジ、圧嵌連結、又は隣接モジュール及び／又はヘッダーにおける相補的ねじ部に連結し得るねじ様ねじ部を設けることができる。
若干の実施形態によれば、本発明組立体は、従来組立体を有する濾過システムで見られるよりも費用が少なく、より軽量なラックを使用して濾過システムを構成するのが容易となる。モジュール、モジュール対、及びそれらに関連するヘッダーはほぼ自己支持的であるので、モジュールは、性能の安定性を損なうことなくより軽量なラックに容易に取付けることができる。
図１１及び１２につき説明すると、内部に濾過膜を設けた複数の膜モジュール対１１，１２を有する濾過システム構成は、モジュール対の列に沿って長手方向に延在する１対の平行な底部支持レール２１６，２１７からなるラック上に形成する。各モジュール１１の下側ヘッダーピース４９、及び各モジュール１２の下側ヘッダーピース４９をそれぞれレール２１６及びレール２１７上に支持する。下側ヘッドピース４９の底部は、支持レール間のモジュール対の位置決めを容易にするよう、段差付きにすると有利である。端部支持部材２１８，２１９をラックの各端部で対応するレール２１６，２１７から垂直方向上方に延在させる。下側交差部材２２０は端部支持部材２１８，２１９を離間させ、また端部支持部材２１８，２１９間で下側ヘッダー４９の上方に隣接して水平方向に延在する。さらに、上側交差部材２２１は端部支持部材２１８，２１９を離間させ、また端部支持部材２１８，２１９間で流体転送マニホルド１７０の上方に隣接して水平方向に延在する。上側長手方向レール２２２は、モジュール対列の長さに沿ってまたモジュール対列間に延在し、また上側交差部材２２１上に支持する。各底部支持レール２１６，２１７は足部２２３，２２４，２２５を有し、これら足部２２３，２２４，２２５は、レールの各端部及び各レールの中間部分から下方に突出する。これら足部は下側ヘッドピース４９を下側共通マニホルド５４の上方に支持する。
本発明による濾過システム及びモジュール組立体は、システムを点検修理する容易性を改善することができる。若干の実施形態によれば、点検修理を要するモジュールはオフラインにし、周囲の膜モジュールをオフラインにしなくて済むようにする。若干の実施形態において、モジュールは隣接の膜モジュールを分解する必要なく点検修理することができる。本発明のシステム及び組立体は、システムの大部分又はシステム全体をオフラインにすることなく、システムを点検修理できる。本発明システム及び組立体はオペレータがシステムを点検修理するのを容易にする。
本発明の態様及び実施形態によれば、また図１，７及び１３に全体的に示す濾過組立体につき説明すると、カートリッジの膜体ファイバ束に対する試験、検査、取外し若しくは交換をする必要性が生じた場合、又は膜モジュールの他の部分に対するアクセス若しくは点検修理をする必要性が生じた場合、周囲の濾過モジュールを阻害することなく、モジュールにアクセスできる。例えば、モジュール１１のカートリッジ１６内に収納した膜束が交換を必要とする場合、モジュール１２を阻害することなく、束を交換できる。
モジュール１１の端部キャップ１２０は、端部キャップのねじを外すことによって、上側ヘッダーハウジング３０から取外すことができる。上述したように、若干の実施形態において、端部キャップ１２０は、上側ヘッダーハウジング３０における相補的ねじ山に整合する、端部キャップ１２０における上側部分の上面に設けたねじ山を有する。他の実施形態によれば、端部キャップ１２０は、ねじ山を設けていないヘッダーハウジング３０から端部キャップ１２０を垂直方向に引っ張り上げることによって取外す、又は他の手段によって取外すことができるようにする。図５及び１３に示すように、端部キャップ１２０の上側ヘッダーハウジング３０からの変位及び取外しは、環状アダプタ８１に配置した据込みヘッド１７の末端における頂面２４を露出させる。環状アダプタ８１は内方に延在する持上げ肩部１３９を有し、この持上げ肩部１３９には、端部キャップ１２０を取外した際にアクセスできるようになる。次に、適当なツールを肩部１３９に係合させ、カートリッジを外側ケーシング１５から上方に摺動させ、また端部が開放した上側ヘッダーハウジング３０に形成した開口を経てモジュール１１から引出すことができる。次に膜束をクリーニングするか、又は交換することができる。点検修理したカートリッジ１６又は交換したカートリッジは、モジュール１１の外側ケーシング内に摺動させて戻すことができる。端部キャップ１２０を交換し、またカートリッジ１６に再係合させて、カートリッジ１６を上側ヘッダーハウジング３０に取付ける。
本発明の態様及び実施形態によれば、濾過は複数のモードで行うことができる。濾過は、袋小路（デッドエンド）モード又は供給及び抜出し（ブリード）モードで動作することができ、また本発明の態様及び実施形態によれば、クリーニング動作を行うことができる。
図１〜４につき説明すると、通常の供給流体配給モード濾過中、下側ヘッダー３２の供給流体通路６０及び供給流体配給通路６６，６７は供給液体で充満する。供給液体は供給流体通路６０から導管６１の下側の開放末端部６５に流入する。供給液体は通路６６，６７を経て出力通路６３，６４に分岐し、流体接続通路５０に流入し、また下側ヘッダー３２の流体転送ポート４５から流出する。供給液体は次に下側ソケット３１内に流入し、環状流体転送通路９に沿い、流体連通領域２１、下側据込みスリーブ１９における開口２２、及び各モジュール１１，１２の膜体周りに流入する。供給液体はさらに、スカート部２９、通路２６から上方にも流入し、また膜体周りに流入する。
若干の実施形態によれば、濾過システムは袋小路濾過モードで動作することができる。袋小路濾過モードでは、供給液体は外側ケーシング１５内で加圧される。この加圧は膜の壁両側にわたる膜透過差圧を生じて、供給液体は膜体の外面を経て強制的に押込まれる。この結果、濾過流体（濾液）が膜ルーメン内に生ずる。若干の実施形態において、袋小路濾過モードの動作によれば、膜体は下側据込みヘッド１８内では開放しない。濾過流体は膜ルーメン内で上方に流れ、濾過流体収容チャンバ１３５に排出される。次に濾過流体はポート１５４から濾過流体排出通路１２６、濾過流体転送ポート１６０を経て濾過流体転送マニホルド１６８に流入する。
他の実施形態によれば、濾過システムは供給及び抜出し濾過モードで動作することができる。供給及び抜出し濾過モードでは、供給液体の一部は、膜体を通過さずに濾過流体を生ずる。若干の供給及び抜出しの実施形態によれば、供給液体の約１０％〜約７５％が各モジュールの底部から流入し、膜体の外面に沿って上方に流動する。この部分の供給液体は、上側据込みスリーブ２０の開口２２から外方に通過し、環状流体転送通路１０４に流入する。つぎに供給液体は流体転送ポート１０５から流出して、流体転送マニホルド１７０の通路１７２に流入する。供給液体の残りの部分は膜体を通して濾過され、膜ルーメンから濾液（濾過流体）として濾過流体収容チャンバ１３５に収集される。収集された濾液は、次に端部キャップ１２０における濾過流体通路１２６、ポート１６０を経て、濾過流体転送マニホルド１６８に流入する。
若干の実施形態によれば、本発明の濾過モジュール組立体及び濾過システムにおける膜体は、スコーリング（すり落し）又はスクラビング（こすり落し）プロセスによってクリーニングすることができる。クリーニングが望ましいとき、通路６０内の液体を下方に押しのけ、この押しのけは、ガス／液体界面が曝気開口７１，７２のレベルに達するまでガスを供給流体通路６０に導入することによって行う。ガスは、次に通路６３，６４から流体接続通路５０に流入し、流体転送ポート４５を経て流出し、下側ソケット３１に流入する。次にガスはスカート２９によって捕集され、下側据込みヘッド１８の通路２６を経て上方に供給される。
次にガスが各モジュールの底部に流入し、気泡が膜体に沿って、またスクリーン８０内で上昇し、膜体の表面をクリーニングする。ガスが膜体ファイバを通過するとき、気泡と膜体表面に溜まった汚れとの間の摩擦により汚れを膜体表面から解放する。ガス導入は、さらに、膜体ファイバを振動させ、汚れを剥がし落す。この後ガスは上側据込みスリーブ２０の開口２２から流出し、また環状流体転送通路１０４に流入する。次にガスは流体転送ポート１０５から抜け、流体転送マニホルド１７０の通路１７１に流入する。若干の実施形態によれば、単独のマニホルド５４を使用して、供給液及び／又はガス気泡を選択的に膜モジュールに供給することができる。
モジュールの逆洗又はドレインダウンをガス曝気（ガスエアレーション）及びクリーニング後に行うことができる。逆洗又はドレインダウン中、液体は供給流体配給モードの方向とは逆方向に液体を流すことにより液体をモジュールから除去することができる。逆流体流、例えば、ルーメンからの濾液（濾過流体）が膜体の外表面に向かう流れのような逆洗はさらに膜体から汚れを除去し、この除去は、膜体の内側から膜体細孔を経て液体を強制的に押出すことによって行われる。モジュールから流下するドレインは、モジュールから溜まった汚れの廃棄物を除去する。
若干の実施形態によれば、膜モジュールは据込まれた膜体の底部又は両側端部から濾液（濾過流体）を引出すよう構成することができる。図１４につき説明すると、下側濾過流体収集チャンバ２２６は収集キャップ２２７を下側据込みヘッド１８の下端部に封止嵌合することによって形成する。下側据込みヘッド１８に据込んだ膜体（図示せず）は、膜体端部で下側濾過流体収集チャンバ２２６に開口するルーメンを有する。下側濾過流体収集チャンバ２２６は上側濾過流体収容チャンバに流体接続し、この流体接続は両チャンバ間に延在する長手方向の導管２２８によって行う。導管２２８は、膜体束内に配置するか、又は収集チャンバ間の濾過流体を転送するよう構成しまた配置した任意の適当な流体接続を有するものとすることができる。下側収集チャンバをモジュールの供給側から隔離するため、下側据込みヘッドには貫通開口は設けない。供給液体又はガスは下側ヘッダー３２から下側ソケット３１内に流入し、環状流体転送通路９に沿い、流体連通領域２１、下側据込みスリーブ１９の開口２２を経て各モジュール１１，１２の膜体周りに流入する。
本発明の例示的実施形態を説明したが、それら実施形態における多くの変更、付加、及び欠失を、特許請求の範囲に記載したような本発明及びその均等物の精神及び範囲から逸脱することなく、行うことができる。
当業者であれば、本明細書に記載した種々のパラメータ及び形態は例示的なものであることを意味し、また実際のパラメータ及び形態は、本発明装置及び方法を使用する特別な用途に基づくものであることは容易に理解されるであろう。当業者であれば、単なる通常の実験を用いて本明細書に記載の特別な実施形態に対する多くの均等物を認識し、又は確認できるであろう。例えば、当業者であれば、本発明によるシステム及びコンポーネントは、システムのネットワークを含む、又は熱交換システム若しくは水処理システムのコンポーネントであり得ることを理解されるであろう。したがって、上述の実施形態は単なる例であり、特許請求の範囲及び本発明の均等物の範囲内で、本明細書に記載したシステム及び方法は、記載した以外のやり方で実施できることを理解されたい。例えば、平坦シート状薄膜を本発明システムにおいて調製及び使用することができる。さらに、このような特徴、システム又は方法が互いに矛盾しない限り、このような特徴、システム又は方法のうち２つ以上の任意な組合せは、本発明の範囲内である。
さらに、種々の改変、変更及び改善は、当然当業者には容易に思い付かれるものであろう。このような改変、変更及び改善も本発明の一部であり、本発明の精神及び範囲内であることを意図する。例えば、マニホルドは、任意の作製技術、例えば、射出成形技術又は溶接技術によって調製でき、また任意の所望材料から作製することができる。他の事例において、既存設備を変更して、本発明の任意の１つ若しくは複数の態様を利用又は組込むことができる。このように、若干の事例において、本発明システムは、本明細書に記載のような濾過システム、又は濾過システムのコンポーネント、例えばマニホルドを備えるよう既存設備に接続する又は構築することを含む。したがって、上述の説明及び図面は単なる例としてのものである。さらに、図面に示すものは本発明を特別に図示した代表物に限定するものではない。
本明細書及び特許請求の範囲における、要素を修飾する「第１」、「第２」、「第３」等の序数用語の使用は、それ自体、一要素の他要素に対する優先度、先行関係、若しくは順番、又は方法を実施する時間的順番を含意するものではなく、或る名前を有する一要素を、同一名前を有する他要素から区別する単なるラベルとして使用するだけであり、要素を区別する序数用語の使用である。

Claims (20)

  1. 濾過モジュール組立体において、
    容器と、
    前記容器の端部に連結したヘッダーであって、端部が開放した上側端部及び下側端部を有するハウジングを含む、該ヘッダーと、
    前記ハウジングの前記端部が開放した上側端部の内壁によって画定された相補的な構造と整合する部分を有し、前記ハウジングに着脱可能に係合する端部キャップであって、前記容器から流体が流出する通路を画定する、該端部キャップと、
    前記容器内に配置した濾過カートリッジであって、前記ハウジングの下側端部に着脱可能に連結する上側端部を有する、該濾過カートリッジと
    を備えた、濾過モジュール組立体。
  2. 請求項１記載の濾過モジュール組立体において、前記濾過カートリッジは、前記濾過カートリッジの下側端部と、前記濾過カートリッジの上側端部との間に延在する複数の透過可能な中空ファイバ膜体を有する、濾過モジュール組立体。
  3. 請求項２記載の濾過モジュール組立体において、前記容器は、前記濾過カートリッジの下側端部と、前記濾過カートリッジの上側端部との間に延在し、また前記複数の透過可能な中空ファイバ膜体を包囲するスクリーンを有する、濾過モジュール組立体。
  4. 請求項３記載の濾過モジュール組立体において、さらに、前記端部キャップ及び前記濾過カートリッジの上側端部によって画定される濾過流体収集チャンバを備えた、濾過モジュール組立体。
  5. 請求項４記載の濾過モジュール組立体において、前記通路は、前記濾過流体収集チャンバと第１流体転送マニホルドとの間を流体連通させる濾過流体連通通路を含む、濾過モジュール組立体。
  6. 請求項５記載の濾過モジュール組立体において、前記端部キャップは、さらに、前記濾過流体収集チャンバを濾過流体共通ポートから流体的に隔離するよう構成及び配列したシャットオフバルブを有する、濾過モジュール組立体。
  7. 請求項５記載の濾過モジュール組立体において、前記第１流体転送マニホルドは前記ヘッダーに接続し、また前記第１流体転送マニホルドは、濾過流体通路を有し、さらにまた第２モジュール組立体の第２流体転送マニホルドに接続して、前記第１流体転送マニホルドの前記濾過流体通路と、前記第２流体転送マニホルドの濾過流体通路との間を流体連通させる、濾過モジュール組立体。
  8. 請求項４記載の濾過モジュール組立体において、前記通路は、前記端部キャップの側面及び前記ハウジングの内面によって画定される濾過流体連通通路を含む、濾過モジュール組立体。
  9. 請求項１記載の濾過モジュール組立体において、前記濾過カートリッジは、前記ハウジングの内径よりも小さい外径を有する、濾過モジュール組立体。
  10. 請求項２記載の濾過モジュール組立体において、前記濾過カートリッジは、前記膜体の一部を包囲する据込みスリーブに画定した流体連通開口を有し、該流体連通開口は、前記ハウジングにおける供給流体通路と前記膜体の外面との間を流体連通するものとした、濾過モジュール組立体。
  11. 請求項１記載の濾過モジュール組立体において、前記着脱可能な端部キャップは、前記ハウジングの内壁の上側部分に設けた整合ねじ山に係合するよう構成したねじ山を有する、濾過モジュール組立体。
  12. 濾過システムにおいて、
    第１流体連通開口、及び第１ヘッダーの上側端部に係合する着脱可能な第１端部キャップを有する該第１ヘッダー、及び前記第１ヘッダーの下側端部に配置する端部を有する第１濾過カートリッジを含む第１濾過モジュールと、
    第２流体連通開口、及び第２ヘッダーの上側端部に係合する着脱可能な第２端部キャップを有する該第２ヘッダー、及び前記第２ヘッダーの下側端部に配置する端部を有する第２濾過カートリッジを含む第２濾過モジュールと、
    前記第１濾過モジュールと前記第２濾過モジュールとの間に配置し、前記第１流体連通開口及び前記第２流体連通開口に流体連通する第１共通流体転送マニホルドと
    を備えた、濾過システム。
  13. 請求項１２記載の濾過システムにおいて、前記第１共通流体転送マニホルドは、前記第１濾過モジュールに設けた膜体ファイバのルーメン及び前記第２濾過モジュールに設けた膜体ファイバのルーメンに流体連通する、濾過システム。
  14. 請求項１２記載の濾過システムにおいて、さらに、前記第１ヘッダーと前記第２ヘッダーとの間に配置し、また前記第１濾過モジュールに設けた膜体ファイバの外面及び前記第２濾過モジュールに設けた膜体ファイバの外面に流体連通する第２共通流体転送マニホルドを備えた、濾過システム。
  15. 請求項１２記載の濾過システムにおいて、前記第１ヘッダーは、前記第１濾過カートリッジの外径より大きい内径を有し、前記第２ヘッダーは、前記第２濾過カートリッジの外径より大きい内径を有する、濾過システム。
  16. 請求項１２記載の濾過システムにおいて、第１ハウジング及び第２ハウジングのそれぞれに画定した１個又は複数個の流体連通開口を、前記第１濾過カートリッジ及び前記第２濾過カートリッジの双方に流体連通させた、濾過システム。
  17. 請求項１２記載の濾過システムにおいて、前記着脱可能な第１端部キャップを端部が開放した第１ハウジングに係合して、前記着脱可能な第１端部キャップと前記第１濾過カートリッジとの間に濾過流体収集チャンバを画定する、濾過システム。
  18. 請求項１７記載の濾過システムにおいて、前記着脱可能な第１端部キャップは、前記濾過流体収集チャンバと前記第１流体連通開口との間に流体連通する流体連通通路を有する、濾過システム。
  19. 濾過システムを運用する方法において、
    それぞれ濾過カートリッジを有する複数個の濾過モジュールであって、前記複数個の濾過モジュールは、共通供給流体転送マニホルド及び共通濾過流体転送マニホルドによって流体接続し、前記複数個の濾過モジュールのそれぞれは、それぞれに対応する端部が開放した上側ハウジングに配置した着脱可能な対応する端部キャップを有する、該複数個の濾過モジュールに供給流体を通過させるステップと、
    第１濾過モジュールの前記端部キャップにおけるシャットオフバルブが係合することによって、前記複数個の濾過モジュールにおける前記第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジを共通濾過流体マニホルドから隔離し、前記第１濾過モジュールの動作を停止させるステップと、
    前記着脱可能な端部キャップを、前記第１濾過モジュールの前記端部が開放した上側ハウジングから離脱させるステップと、
    前記第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジを前記第１濾過モジュールの前記ハウジングから長手方向に変位させることにより、前記第１濾過モジュールの前記濾過カートリッジにアクセスするステップと、
    前記第１濾過モジュールの組立体における前記ハウジングに前記着脱可能な端部キャップを再係合させるステップと、及び
    前記第１濾過モジュールの組立体の動作を復帰させるステップと
    を有する、方法。
  20. 請求項１９記載の方法において、前記着脱可能な端部キャップを前記第１濾過モジュールの組立体における前記ハウジングから離脱させるステップは、前記第１濾過モジュールの前記着脱可能な端部キャップを前記第１濾過モジュールの前記ハウジングに対して回転させ、前記第１濾過モジュールの前記着脱可能な端部キャップに形成したねじ山を、前記第１濾過モジュールの前記ハウジングの内壁の上側部分に設けた整合ねじ山から離脱させるステップを含む、方法。
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