JP2577827B2 - らせん濾過装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、濾過すべき物質をらせん軌道に導く、濾
過装置に関する。濾過すべき物質は、エーロゾル、液体
状および気体状の懸濁物、コロイドおよび純粋の溶液で
よい。

かかる濾過装置は、例えば特開昭57-75113号公報でそ
れ自身周知にされている。この特許公報においても、先
行技術を形成する他の刊行物においても、濾過特に超濾
過の際に生じる障害、すなわち濾過ケークの形成、濾過
開孔の目詰り、ゲルおよび塩の分極の発生、すべてのこ
れらの上述の現象によって生じる濾過能力の低下、を回
避することが目的となる。これは、濾過方向に横向きの
濾過物の高い流れ速度によって達成され、これによれ
ば、濾過過程をさまたげる層の構成が避けられ、または
少なくとも強く低減される。このそれ自身知られている
方法は、「横流濾過」と称せられる。種々の提案された
方法および装置は、種々の欠点を備え、実質的に丸い濾
過板に接線的に流し寄せると、流体の速度が、連続条件
によって、外方から内方に増大し、または内方から外方
に低減する（米国特許第3702659号明細書、スイス国特
許第625712号明細書）。保持物が閉じた通路の中に導か
れると、平均の流れ速度は一定であり、これに反して、
せまい通路の中では、終局において明らかに乱流が生じ
るから、高い流れ抵抗が生じる。この際に、高い剪断力
が生じ、これは、一方ではエネルギ消費を著しく増大さ
せ、他方では、特に不安定で大きな分子または植物ない
し動物の細胞を含有する流体の区域において、濾過すべ
き物質に負の効果を与えるかも知れない。大きなエネル
ギ消費は、化学的変化が始まるように、濾過すべき物質
を加熱するかも知れない。さらに、提案された装置は、
一般に、特別の型式の濾過部材に適したその製造者およ
び装置の製造者を必要とし、またはこれは、特別の密閉
面および複雑な開孔またはそのいずれかを濾過板に設け
なければならない。

それに加えて、上位概念に含まれるたいていの知られ
ている装置は、１つの容器の中に装着される。これは、
一方においては、新しい濾過板の装着の際に、組立に多
額の費用を必要とし、他方においては、係る容器は超濾
過の際に必要な高い圧力に耐えるため、特別な構造上の
費用を必要とする。さらに、係る装置の殺菌は困難にな
る。有効な殺菌にはまた、せまい通路を備えた施工法方
がじゃまになる。

この発明の課題は、すべての上述した欠点を克服しこ
れに加えて簡単に取扱いでき有利な費用で製造できる、
濾過装置を提供することにある。

ここに置かれた課題の解決は、請求の範囲の請求項１
に述べられる。

添付図面を参照して、この発明を詳しく説明する。

第１図および第２図は、この発明によるらせん板１の
実施例を示し、これの中で保持物が導かれる。これは、
透明物を導くためのリング形状の通路２を両側にそれぞ
れ備える。両通路２は、第２外側孔３によって連結され
る。同様に、らせん板１の両側には、丸いくぼみ４が設
けられ、これは、例えば瓶底形状の隆起５を備える。こ
の隆起５は、その形状において、濾過すべき物質または
その流れ速度にできるだけ適合できるようにされる。ら
せん板１全体の表面の下方には、これに対して実質的に
平行に、くぼみ４から、らせん形状の溝７の始めに内側
孔６が導かれる。内側孔６は、くぼみ４並びに溝７に実
質的に接線的に開口し、これらは、１つ又は多くの例え
ば７つの巻回で外向に導かれ、ここで別の第１外側孔８
に開口する。第１外側孔８は、例えば30°の平らな角度
でらせん板１の平面に対して傾斜し、前側の溝７を後側
のそれに連結させる。濾過すべき流体の流れが例えばく
ぼみ４の中で始まり、時計回り方向で外方に動くとする
と、これは、実質的に方向変化なしに、第１外側孔８を
通って、らせん板１の他側に導かれ、ここでさらに、同
じ回転方向で内向きに流れる。両側からそれぞれらせん
板１の表面を見ると、溝７は、同じねじ回転方向または
同じらせん度を示す。これによれば、流れ抵抗を著しく
高めるようなかつ妨害をなす長手方向圧力を流体の中に
構成するような、流体の流れにおける強い変化が避けら
れる。

側方で、らせん板１は２つのピン９を備え、これは、
取付けのために役立ち、これの意味は、第５図で認めら
れる。ここで伸して図示されているピン９が、フライス
加工された部分を有すること、またはわん曲するように
実施されることは、発明に適する。

第2b図は、第2a図からの断片を示す。溝７は、ほぼ半
円形状の横断面を有する。溝７の個個の進路は、丸めら
れた上縁を有する。−同様にらせん形状の−渡り10によ
って分離される。渡り10は、溝７の巻回当りの圧力降下
から生じる力だけがこれに横向きに作用するから、比較
的せまく実施できる。渡り10のせまい構成方法によれ
ば、濾過表面の最大の利用が達成される。さらに、渡り
10を丸めたことによって、濾過媒体の損傷が回避され
る。

通路２、第２外側孔３、くぼみ４および溝７を切削で
形成されたらせん板１の両表面は、その他の点では平ら
に加工され、精密に仕上げられる。らせん板１の外縁と
通路２の間、これと溝７の最外方の巻回の間、並びにそ
の最内方の巻回とくぼみ４の間には、密閉面として作用
する３つの平らな円環が保たれる。

支持板11の実施例は、第3a図に平面図で、第3b図に横
断面で図示される。これは、実質的に３つの部分からな
る、すなわち、実質的に正方形の枠12、中央孔17を有す
る中央リング13、および多孔材料からなる円板14からな
る。多孔材料として問題となるのは、例えば、一方では
濾過媒体を適当に支持し、他方では作動圧力の影響下で
厚さが変化しない、セラミック、焼結金属、活性炭、ガ
ラスフリットおよび別の濾過物透過性材料または複合材
料である。濾過すべき物質に対して不透過性の枠12は、
機械的に大きく応力を受けないから、超濾過の場合に、
例えば化学的に不活性なポリスルホンのようなプラスチ
ックからなり、中央リング13も全く同様である。３つの
部分12、13、14は、例えば互に押し嵌めされる。らせん
板１における通路２の直径より大きい直径を有する円板
14は、装置の組立の際にらせん板１の第２外側孔に対し
て真直になる外側孔15を有する。外側孔15によって透過
物は運び去られる。

第3a図による実施例も第3c図によるそれも、らせん板
１のようにピン９を有する。

第3c図には、支持板11の第２実施例が図示される。こ
こでは、外側孔15は、円板14にではなく、枠12に設置さ
れる。枠12においては、枠の平面に平行な軸線を有する
例えば３つの開口50が、外側孔15から円板14まで走る。
開孔50の中に、透過物が集められる。第3c図による実施
例に対する図示なしの変形は、両開孔50から出発する２
つの外側孔15を有する。２つの外側孔15は、例えば円板
14の中央に関して対称に位置する。第3c図による実施例
と対応するらせん板１の実施例（図示なし）は、通路２
を有しない。と言うのは、これの作用−つまり透過物の
集積−を開孔50が引継ぐからである。支持板11が２つの
外側孔15を備えている場合には、らせん板１にも、これ
と真直な２つの第２外側孔３が設けられる。

第４図は、この発明による装置の中に組立てられるよ
うな、利用すべき濾過媒体からなる濾過板16を示す。濾
過板16はいかなる面をシールすることもない。ほぼ二つ
の正方形の大きさの濾過媒体の長方形の片は、二つの小
さい丸孔18および二つの大きい丸孔19を例えばパンチに
よって設けたのちに、支持板11の厚さに一致する間隔の
脚を備えたＵ形に折曲げられ、組立の際に支持板11をお
おうように掛けられる。大きい丸孔19はらせん板１にお
けるくぼみ４と同じ直径を有し、小さい丸孔18は、第２
外側孔３、外側孔15のそれと一致する。折り曲げられた
状態で、大きい丸孔19は、くぼみ４の上に位置するよう
になり、小さい丸孔18は、第２外側孔３、外側孔15の上
に位置するようになる。

第５図には、組立てられ作動の準備の整った状態の、
この発明による濾過装置が図示される。端板20,21の間
には、ここでは例示の意味で４枚のらせん板１が、５枚
の支持板11と共に挿入される。各支持板11は１つのＵ形
状の濾過板16を支持するから、全体として10個の濾過面
が存する。両端板20,21は、濾過集合体の方を向いたそ
の表面で、らせん板１のように形成される。端板20は供
給口22を備え、これを通して、濾過すべき物質が供給さ
れる。濾過板16に面する側部で、供給口22はらせん板１
における第１外側孔８のように仕上げられる。端板21
は、排出口23,開口24を備える。排出口23は、保持物−
または濃縮物−を外向きに運び去り、濾過板16に面する
側部で同じく第１外側孔８の特色を有する。開口24は、
らせん板１における第２外側孔３および濾過板16におけ
る小さい丸孔18と真直に配置され、開口24から透過物が
流去する。

らせん板１および濾過板16を備えた支持板11からなる
濾過集合体は、端板20,21の間に装着される。端板20,21
の上には、２つの圧力板25が作用する。これは、中央に
押圧力を印加され、これは、図示の実施例では、ハンド
ル車27を備えたねじ26によって発生する。力の連鎖は、
例えば２つの引締め棒29および２つの端片30,31からな
り、骨組28を介して達成される。端片31は、ねじ26を受
けるためのねじ部32を備える。ハンドル車27を備えたね
じ26の代りに、明らかに、液圧プレスが採用できる。両
引締め棒29は、同時に、らせん板１および支持板11にお
けるピン９のための支えとして役立ち、これによって、
らせん板１および支持板11の、従って第２外側孔３およ
び外側孔15の真直配置を確実にする。

第６図は、第５図による実施例に対する変形の断面を
示す。第３端板45は、ここでは端板20の代りをなし、こ
れよりも大きく形成される。骨組28の端片30で支えられ
る圧力板34は、円筒形のくぼみ35を備え、これは、例え
ばＯ−リング36によって、第３端板45の円筒外面に対し
て密閉される。くぼみ35の中には、多くの−例えば４個
の−ばね要素38例えばコイルばねが装着される。濾過す
べき物質は、−第５図の供給口22の代りとなる−第３端
板45を通る供給口40に入る以前に、最初に開孔39を通っ
てくぼみ35の中に押入られる。濾過集合体を押し合わせ
るため、濾過すべき物質の圧力が、くぼみ35に面する第
３端板45の面に必要な押圧力を生じさせる。この力は、
濾過集合体の中にそれ自身生じる静液圧の対向力より
も、詳しく言えばらせん板１の面に対する第３端板45の
それの比だけ、常に大きい。ばね要素38は、静液圧の力
が作り上げられるまでの最小の初期力を作るのに役立
つ。

先行技術として知られているものに対して、この発明
がすぐれている点は、第7a図および第7b図にも示され
る。第7a図には、わん曲した管41における流れ分布が図
示される。管軸線Ａからの距離の関数としての速度分布
は、回転方向が反対の二重の旋回を生ずる。両速度分布
のベクトル加算は、二重ねじを生じる。第7b図に移す
と、−これは実質的に第2b図に対応する−これは、２つ
の相等しくない旋回流43,44が生じることを意味し、そ
の際に、旋回流43は、濾過板16のそばを通るが、旋回流
44は、ほぼ半円形の溝７の内部にとどまる。らせん板１
の一側から他側への（第１外側孔８を通り抜けての）移
動の際に、両旋回流43,44はそれらの場所を交換する。
溝７を通る運動の際にも、第１外側孔８を通って流れる
場合にも、しかし特に２つの互に向かい合うらせん板１
のくぼみ４を通って流れる際にも、或る十分な混合が生
じ、それで、流れの常に新しい層が、濾過板16に接触す
るようになる。この発明による濾過装置が、特に超濾過
および逆浸透の領域で−これに適した濾過板16の挿入下
に−関心を引くとしても、これは、それにも拘わらず、
この領域には限定されない。すべての流過部分の寸法、
支持板11の最適の多孔度、流れ速度、および作動圧力を
適当に順応させた際には、この発明による装置は、原則
的に自在に取り入れできる、エーロゾル、気体状の懸濁
物、濾過の全領域での流体媒質に対して、明らかに、一
度構成された装置はその最適の使用区域を有し、他の区
域は、別の構成寸法および作動パラメータで対応するこ
とができる。

逆洗は、すべての場合に、流れ方向を変えることなし
にかつこの流れを保持する圧力を変えることなしにかつ
この流れを保持する圧力を変えることなしに、作動圧力
の圧力逆転によって行なわれる。これに対する前提は、
２つの圧力計の存在であり、本来の作動圧力は、バッチ
作動に対しては簡単なピストン加圧機または気体圧クッ
ションによって、連続作動に対しては高圧配量ポンプに
よって達成され、さらに、らせん軌道に沿って流れを生
成させるための系が存する。後者は、流体力学的圧力降
下の補償だけを必要とする。

この発明による濾過装置は、第５図および第６図によ
るユニットの多くの並列作動および直列作動に大いに適
し、ここで直列作動は、第５図および第６図によるユニ
ットの中で、付属の支持板11および濾過板16を備えらせ
ん板１の多数を、いくつかの濾過集合体に統合すること
も、意味できる。実験実用としては、二枚の支持板11お
よび濾過板16を備えた単一のらせん板１を端板20,21の
間にはさむことも、達成できる。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明によるらせん板の平面図を示す。

第2a図は、第１図のらせん板の断面を示す。

第2b図は、第2a図の詳細を示す。

第3a図は、濾過媒体のための支持板の平面図を示す。

第3b図は、第3a図の支持板の横断面を示す。

第3c図は、支持板の第２実施例を示す。

第４図は、濾過媒体の斜視図を示す。

第５図は、多くのユニットから成る濾過装置の部分横断
面図を示す。

第６図は、第５図の詳細の別の実施例を示す。

第7a図は、わん曲した管を通る流れの原理的図示を示
す。

第7b図は、この発明による装置における流れ状態の図示
を示す。

図中 １……らせん板、15……外側孔、29……引締め棒 ２……通路、16……濾過板、30……端片 ３……第２外側孔、17……中央孔、31……端片 ４……くぼみ、18……小さい丸孔、32……ねじ部 ５……隆起、19……大きい丸孔、34……圧力板 ６……内側孔、20……端板、35……くぼみ ７……溝、21……端板、36……Ｏ−リング ８……第１外側孔、22……供給口、38……ばね要素 ９……ピン、23……排出口、39……開孔 10……渡り、24……開口、40……供給口 11……支持板、25……圧力板、41……管 12……枠、26……ねじ、43……旋回流 13……中央リング、27……ハンドル車、44……旋回流 14……円板、28……骨組、45……第３端板 50……開孔

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向の圧縮力を加えるのに適した二つの
   圧力板（25）の間の濾過集合体を含む、エーロゾル、気
   体状および液体状の懸濁物、コロイドおよび純粋の溶液
   を濾過するためのらせん濾過装置であって、前記濾過集
   合体が、２個の端板（20,21）、それらの間に配置され
   た少なくとも１個のらせん板（１）、端板（20,21）と
   らせん板（１）の間にまたは二つのらせん板（１）の間
   に配置された支持板（11）および支持板（11）に対応す
   る濾過板（16）を備え、最少限一つのらせん板（１）は
   濾過すべき物質を供給し、その各面は少なくとも一つの
   巻回を有するらせん形溝（７）を設けられ、一つ以上の
   巻回を有する溝（７）の場合は、巻回の間に同様にらせ
   ん形の渡り（10）を有し、また端板（20,21）は溝
   （７）に関して少なくとも一つのらせん板（１）の側面
   と同じである前記らせん濾過装置において、 濾過板（16）はいずれの場合にもそれぞれＵ形に折曲げ
   られ、一つの支持板（11）の上に設置されてその両面を
   カバーし、 らせん板（１）の面は高度の表面仕上げで平らにされ、
   溝（７）はほぼ半円形断面を有し、渡り（10）は丸めら
   れた縁を備え、 らせん板（１）上の両面の溝（７）は同じらせん度を有
   し、 らせん板（１）の各表面において、中央に丸いくぼみ
   （４）が凹設され、この各くぼみがらせん板（１）の同
   じ面に位置する溝（７）の内端に、内側孔（６）によっ
   て連結され、前記内側孔（６）がらせん板（１）の表面
   の下方に延び、その大部分は前記面に平行でその大部分
   は、溝（７）からくぼみ（４）に流れ込む濾過すべき物
   質の流れの方向が実際上変化しないように、溝（７）な
   らびにくぼみ（４）に接線方向に開口し、 らせん板（１）の二つの溝（７）の両外端は、一方の溝
   から排出する液体が他方の溝に移行しついで同じ巻回に
   おいて内向きに流れるように、第１外側孔（８）を通っ
   てらせん板（１）の平面に対して小さい角度で連結さ
   れ、 同心の通路（２）がらせん板（１）の各面に形成され、
   前記通路（２）はらせん板（１）の端部と溝（７）のも
   っとも外側の巻回との間に延び、らせん板（１）の二つ
   の通路（２）は第２外側孔（３）を通して連結され、 らせん板（１）は、周囲から円周方向外方に延びかつそ
   れらの軸線をらせん板（１）の平面に平行にして互いに
   反対方向に配置された、二つのピン（９）を有し、 二つの端板（20,21）もまたくぼみ（４）に関してらせ
   ん板（１）の一側と同様であり、第１端板（20）は供給
   口（22）を第１外側孔（８）の代わりに備え、前記供給
   口（22）は濾過すべき物質を供給するため溝（７）の外
   端に小さい角度で開口し、第２端板（21）の排出口（2
   3）は残滓を排出するため第２端板（21）のくぼみ
   （４）に接線方向に開口し、さらに第２端板（21）は透
   過液を排出するためらせん板（１）の前記第２外側孔
   （３）と整合する開口（24）を備え、 支持板（11）は、濾過すべき物質を透過しない材料から
   なるほぼ正方形の枠（12）を有し、多孔材料からなる円
   板（14）が押し嵌めされ、円板（14）は枠（12）と同じ
   材料からなる中央リング（13）を中央に押し嵌められ、
   中央リング（13）はらせん板（１）におけるくぼみ
   （４）と同じ直径の中央孔（17）を備え、さらに、支持
   板はらせん板の第２外側孔（３）と整合した外側孔（1
   5）を有し、 濾過板（16）は、二つの小さい丸孔（18）および二つの
   大きい丸孔（19）を有するほぼ二つの正方形の大きさの
   濾過媒体の長方形の片からなり、大きい丸孔（19）はら
   せん板（１）のくぼみ（４）と同じ直径を有し、小さい
   丸孔（18）はらせん板（１）の第２外側孔（３）および
   支持板（11）の外側孔（15）と同じ直径を有し、濾過媒
   体の前記長方形の片はＵ形に折曲げられ、その脚の間隔
   は支持板（11）の厚さに等しく、大きい丸孔（19）はく
   ぼみ（４）に整合し、小さい丸孔（18）は前記第２外側
   孔（３）および支持板（11）の外側孔（15）に整合し、 二つの圧力板（25）が軸方向の中心圧縮力を加えるのに
   適している ことを特徴とする前記らせん濾過装置。
2. 【請求項２】らせん板（１）の両面の溝（７）の直径が
   多孔材料の円板（14）の直径より小さいことを特徴とす
   る請求項１に記載のらせん濾過装置。
3. 【請求項３】少なくとも支持板（11）の外側孔（15）が
   枠（12）内に配置され、支持板（11）の平面上の開孔
   （50）が支持板（11）の枠（12）から円板（14）まで延
   びていることを特徴とする請求項１に記載のらせん濾過
   装置。
4. 【請求項４】骨組（28）が圧力板（25）の間に濾過集合
   体を設置するため設けられ、前記骨組（28）が二つの引
   締め棒（29）および二つの端片（30,31）を有し、第２
   端片（31）が必要な圧縮力を濾過集合体に加える手段を
   有し、引締め棒（29）は同時にピン（９）の支持体とし
   ても作用する請求項１または３に記載のらせん濾過装
   置。
5. 【請求項５】圧縮力を発生する前記手段がハンドル車
   （27）を備えたねじ（26）およびねじ（26）に対応する
   第２端片（31）のねじ部（32）よりなることを特徴とす
   る請求項４に記載のらせん濾過装置。
6. 【請求項６】圧縮力を発生する前記手段が液圧プレスか
   らなる請求項４に記載のらせん濾過装置。
7. 【請求項７】圧縮力を発生する前記手段が、 第１端板（20）の代わりの、第１端板（20）およびらせ
   ん板（１）より大きく、その溝（７）の外端に開口する
   供給口（40）を備えた第３端板（45）、 前記圧力板（25）の第２のものの代わりの、第３端板
   （45）の直径に対応する直径を有する円筒状のくぼみ
   （35）を備え、第３端板（45）の周囲に対してＯリング
   （36）によってシールされ、また開孔（39）を有し、濾
   過すべき物質は開孔（39）からまず円筒状のくぼみ（3
   5）に導入され、ついで濾過集合体の第３端板の供給口
   （40）に導入される第３圧力板（34）、および 円筒状のくぼみ（35）内に設けられ、濾過すべき物質に
   よって発生される圧力が形成される前に濾過集合体に最
   少の圧縮力を加える少くとも三つのばね要素（38） を有することを特徴とする請求項１に記載のらせん濾過
   装置。
8. 【請求項８】円板（14）が焼結金属からなる、請求項１
   に記載のらせん濾過装置。
9. 【請求項９】円板（14）が活性炭からなる、請求項１に
   記載のらせん濾過装置。
10. 【請求項１０】円板（14）がガラスフリットからなる、
    請求項１に記載のらせん濾過装置。
11. 【請求項１１】円板（14）がセラミックからなる、請求
    項１に記載のらせん濾過装置。
12. 【請求項１２】円板（14）が複合材料からなる、請求項
    １に記載のらせん濾過装置。 らせん濾過装置