JP4533539B2 - 膜濾過用マニホールドシステム - Google Patents

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Description

【0001】
(技術分野)
本発明は、膜濾過用マニホールドシステムに関する。特に、本発明は細長い束状の中空繊維膜を有して成る中空繊維膜濾過器に用いる膜濾過用マニホールドシステムに関し、濾過すべきフィードを繊維(またはファイバー)の外部に供給し、濾液を繊維の内腔(またはルーメン、lumen)の端部から取り出す。また、このシステムは繊維のフィード面の周期的なクリーニング用のクリーニング機構を有するのが好ましい。
【0002】
本発明は大気圧に通じている(大気開放型の)膜濾過システムにおいて用いるために主として開発されており、その用途に言及して本明細書で説明している。しかしながら、本発明はその特定の用途分野に限定されないことが理解されよう。
【0003】
(背景技術)
濾過用マニホールドの典型的な先行技術が、上述の形式の濾過システムにおいて使用されている。その濾過システムは中空繊維膜の束を封入した細長い管状カードリッジを一般に有して成る。マニホールドまたはヘッダー・アレンジメントはカートリッジの通常一方の端または両端にてカードリッジを接続するために用いられる。このマニホールドには、汚染された(または不要物を含む)フィード、濾液および洗浄流体(またはクリーニング液体)の、システムを通るそれぞれの流れを分離して、流れの方向を変える機能がある。この点に関して、一般的に、クロス−フローシステムは、2つのフィード用マニホールド(入口と再循環用出口)および1つまたは2つの濾液用マニホールドを有している。先行技術のクロス−フローの濾過システムでは、濾過すべきフィードの流れが膜表面に対して接線方向にまたは膜表面を横切るように流れている。このことが膜表面での清掃作用をもたらし、表面を清浄状態に保っている。逆に、デッド・エンド・オペレーション(または全量濾過操作、dead end operation)用に構成されたシステムは濾過モードの間、ただ1つのフィード入口用マニホールドおよび1つの濾液出口用マニホールドを使用している。更に、この先行技術のマニホールドまたはヘッダー・アレンジメントは、しばしばモジュール式の2次元状または3次元状のカードリッジ・アレイを構成し易くする構造になっている。
【0004】
最も一般的には、先に説明したような先行技術の濾過システムは大気に対して閉鎖的なものである。そのようなシステムでは、濾過すべき流体(または液体、以下、本明細書中ではフィードと呼ぶ)を正圧下で濾過器へ供給する。この形式のシステムを効率的に運転するために、細長い管状の濾過カートリッジを耐圧(または圧密)ハウジングに入れる。それから、そのようなハウジングを濾液からフィードを分離すると共に耐圧ハウジングを支えるマニホールドシステムに接続する。またマニホールドシステムは濾過システムに洗浄流体を導くように機能することができる。
【0005】
先に説明したように、先行技術の濾過システムは大気開放型であってもよい。一般的に、そのようなシステムでは、フィードは、負圧下、膜を通って取り出される。これは膜の濾液側を負圧または吸引力下に付すことによって達成される。そのようなシステムは、相対的に高い圧力に耐えることができる必要がないので、大気に対して閉鎖的なシステムと比べて、少ないインフラおよび労働資本しか必要としない。例えば、大気開放型システムでは、各耐圧ハウジング内に濾過カートリッジを収納する必要がない。一般的に、これらのシステムでは、フィードを含む開放型タンクの中に濾過カートリッジを単に実質的に浸漬するに過ぎない。そのようなシステムでは、適当なマニホールドを供することにより、濾過カートリッジを支持すると共に、フィードを濾液から分離しながら濾液をフィルターから取り出せることが望ましい。また、閉鎖型システムの場合と同様に、そのようなマニホールドシステムは洗浄流体システムを助力するものであってもよい。
【0006】
先で説明した先行技術の濾過システムおよびそれに関する濾過カートリッジは、しばしばパイプおよび部品の構造が複雑であり、これらの組立てが困難で時間を要するものである。更に、先行技術の濾過システムにおいて、実際のマニホールドシステムの要素はしばしば部品自体を複雑に組み合わせたものである。
【0007】
先に説明した先行技術の濾過システムは、システムが完全であることを確認するために定期的なテストを要する。個々の濾過膜の中空繊維、O−リングまたは他のシステムの欠陥により完全性が無くなることがある。完全性テストではしばしば個々のシステム要素または濾過カートリッジを取り外す必要がある。この取外しは典型的な先行技術の濾過用マニホールドではしばしば困難である。更に、先に説明したように、典型的な先行技術の濾過用マニホールドは多くの複雑な部品を含むことがある。従って、これらの部品の完全性テストには時間がかかり得ることになる。
【0008】
本発明の目的は、本明細書で説明する種類(またはタイプ)の濾過用マニホールドシステムを供することであり、先行技術の欠点の少なくとも幾つかを克服または改善すること、あるいは先行技術に対する有用な代替手段を少なくとも供することである。
【0009】
(発明の概要)
本発明の1つの要旨では、1またはそれ以上の細長い束状の半透過性ポリマー繊維を含む種類のフィルターサブモジュールを接続する膜濾過用マニホールドが提供され、該マニホールドは、
ハウジング、および
該ハウジングと接続されたサブモジュール接続用の少なくとも1つのカラー
を含み、該カラーは、ロック(または固定、lock)機構を備えた接続スリーブを有する該サブモジュールを受容して位置決めするようになっており、それによって、サブモジュールがカラーから軸方向に離脱しないように、カラーおよびロック機構との双方に係合して少なくともそれらの一部を囲むようになっているクリップ手段によって、サブモジュールをその一端にてカラーと取り付けることができる。
【0010】
好ましくは、該ロック機構は該スリーブの周状フランジを含む。
【0011】
また、好ましい態様においては、マニホールドのハウジングとカラーはこれらハウジングとの間で流体連通用の通路を含む。更に好ましくは、ハウジングは流体の漏れのない封止係合を形成するリムーバル・キャップ(または取り外し可能キャップ)を含む。好ましくは、クリップ手段は自己作動式であり、即ち、クリッピング動作がもう1つ別の完成体(または要素、integer)との連動ではなく、クリップ手段自体の特徴(または形状構造)により提供される。
【0012】
本発明の第2の要旨では、膜濾過装置が提供され、その膜濾過装置は、1またはそれ以上の細長い束状の半透過性ポリマー繊維を有する種類のフィルターサブモジュール、
該フィルターサブモジュールの一端にて取り外し可能に接続されたヘッドピース、および
該フィルターサブモジュールの他の端にて取り外し可能に接続されるベースピース
を含み、ヘッドピースは本発明の第1の要旨に基づく膜濾過用マニホールドである。
【0013】
本発明の第3の要旨では、膜濾過装置のバンク(または列、bank)が提供され、このバンクは、
本発明の第2の要旨の複数の膜濾過装置、
少なくとも1つの膜濾過装置に接続された濾液用導管、および
少なくとも1つの膜濾過装置に接続された洗浄流体用導管
を含む。
【0014】
好ましくは、モジュール群は直立に配置され、該濾液用導管は該ヘッドピースのすぐ上に位置し、該洗浄流体用導管は該ベースピースのすぐ上に位置している。
【0015】
本発明の第4の要旨では、アレイの濾液用導管によって並列に接続された、本発明の第3の要旨の複数の膜濾過装置のバンクを複数含む膜濾過装置のアレイが提供される。
【0016】
本発明のもう1つの要旨では、膜濾過装置のトレイン(train)が提供され、このトレインは、トレイン用導管および該トレイン用導管と流体連通状態で接続された本発明の第4の要旨の膜濾過装置のアレイを複数含む。
【0017】
(発明の好ましい態様)
添付図面を参照して本発明の好ましい態様を説明するが、これらは例示に過ぎない。図面を参照すると、膜濾過用マニホールドシステムは細長い束状の中空繊維膜を含んで成る種類のフィルターサブモジュール2を接続する膜濾過用マニホールド1を含む。図1および図2において最も良く示しているが、マニホールドの好ましい態様は4つのサブモジュール接続用カラー4と接続されるハウジング3を含む。
【0018】
図3を参照して、カラー4は、ロック用フランジ6を有する接続スリーブ5を有するサブモジュール2を受容して位置決めできるようになっている。この態様においては、サブモジュール2はその一端においてクリップ7により各カラー4に取り付けられており、該サブモジュール2がカラー4から軸方向に離脱しないように、クリップ7はサブモジュール2とロック用フランジ6とに同時に係合する。更に、ロック用フランジ6はカラー4のリップ8とベアリング係合(bearing engagement、軸受け状態での係合)する。クリップ7を係合させることおよび開放することにより、サブモジュール2の簡単な組立ておよびマニホールド1からのサブモジュール2の簡単な取外しが実質的に可能となる。マニホールド1はハウジング3とカラー4との間の流体連通のための濾液通路9ならびに洗浄流体用導管11との洗浄流体の連通のための洗浄流体通路10を更に含む。
【0019】
図4a、図4bおよび図5はクリップ7の好ましい態様を示している。クリップ7は上部フランジ13および下部フランジ14を有する実質的に円筒形の側壁12を有し、各フランジは側壁12から半径方向内向きに突出している。クリップ7にはサブモジュール2の中心軸に対して平行にスプリット部(または分割部)があり、それによって、軸方向に滑動させてカラー4とロック状態で係合させたりあるいはその状態から解除する際に、クリップ7が半径方向に拡張できる。半径方向の拡張は、クリップの上部フランジ13上に設けた一対の突起40(それぞれがスプリットの両側に位置する)を手動で引き離すことによって達成される。更に、クリップ7は弾力的にバイアスされ、クリップ7がサブモジュール2およびカラー4の双方とスナップ式ロック状態で係合する際にクリップの半径方向の収縮を可能とする。このクリップがサブモジュールおよびロック用フランジの双方に係合するために用いられる時は、下部フランジ14がサブモジュールのフランジ6に取り付けられ、上部フランジ13がリップ8とベアリング係合する。更にカラー4は上部フランジ13とロック状態で係合する段付き(またはステップ状)受け座(stepped seat)15を有する。
【0020】
図4cはクリップ7の別の態様を示す。この態様はクリップ7をサブモジュール2とカラー4とから手動で取り外すことを助力する追加の突起41を有している。追加の突起41は側壁12のスプリットの両側で、クリップ7の側壁から径方向に延びたものである。
【0021】
図7a〜図7cと図8a〜図8cはサブモジュール接続スリーブ5の態様を示している。これらの図面はフランジ6および接続スリーブ5におけるO−リング座面の溝17の特徴を詳細に示している。フランジ6の1つの側18はカラー4とのベアリング係合用であり、別の側19はクリップ7とのロック係合用である。更に、図7a〜図7cは、O−リング座面として用いられる1つの溝17をサブモジュール接続スリーブ5が有する態様を示しており、図8a〜図8cは、O−リング座面として用いるれる2つの溝17をサブモジュール接続スリーブ5が有する態様を示している。
【0022】
また、マニホールド1はハウジングとの間で流体の漏れがない封止係合のためにリムーバル(または取り外し可能)キャップ20を含んでもよい。図9aおよび図9bに、キャップの好ましい態様を示しており、キャップがディスク21を有し、そのディスクの片面の中心に軸方向に延びたシャフト22が螺子付けにより取り付けられている。またディスク21はもう1つの片面に突起23を有し、キャップ20の手動による回転を容易にしている。以下に、キャップを詳細に説明する。
【0023】
半径方向に空間を隔てたフランジ24がシャフト22と同じキャップ20の片面から外向軸方向に延びている。このフランジはハウジング1とのキャップ20の流体が漏れない封止係合を可能としている。図10は使用状態にあるキャップ20の好ましい態様を示している。
【0024】
図11は本発明のもう1つの態様を示しており、この態様では、膜濾過装置25がヘッドピース26およびベースピース27を含み、各々が先で説明した膜濾過用マニホールドの態様であり、4つの膜フィルターサブモジュール2に接続されている。各ヘッドピース26は濾液用導管28に接続され、各ヘッドピース26と濾液用導管28との間の流体連通を可能としている。膜濾過用マニホールド1をヘッドピース26として用いる時は、キャップ20を必要としない。キャップ20が無いことにより、マニホールド1と濾液用導管28との間の流体連通が可能となる。
【0025】
更に、図12aおよび図12bで特に理解できるが、各ベースピース27は、洗浄流体用導管11に接続されており、各ベースピース27と洗浄流体用導管11との間の流体連通を可能としている。膜濾過用マニホールド1をベースピース27として用いる時は、キャップ20に螺子付けされたシャフト22が洗浄流体用導管11上の対応する穴と螺子係合する。また、好ましい態様においては、クリップ7がサブモジュール2をベースピースにロック状態となる必要はない。なぜならサブモジュール2は重力およびサブモジュールの上部によりそのベースピース27の各カラー4内で支持されることになるからであり、そのサブモジュールの上部はヘッドピース26およびクリップ7内で所定状態で支持されている。
【0026】
本発明の別の態様においては、シャフト22は内部にネジ部分を有する中空構造である。この態様においては、シャフト22は、洗浄流体用導管内の穴(またはボア)と螺子係合するのではなく、洗浄流体用導管11から垂直方向に突出す相補的なシャフトと内部で螺子係合する。
【0027】
本発明のもう1つの態様においては、膜濾過装置バンク29が、先で説明したような膜濾過装置25を複数含み、各ヘッドピース26は濾液用導管28に接続されており、ベースピース27は洗浄流体用導管11に接続されている。濾過システムの機械的な安定性を助力するために、図11に示すような付加的な補強要素30を濾過装置の間に供してもよい。一般的に各バンク29には8つの膜濾過装置25があり、これらは直立に配置されている。そのバンク29を濾過システムに用いる時は、バンク29を上開きのタンク中のフィードに実質的に浸漬させる。
【0028】
好ましくは、濾過サブモジュールの洗浄流体として洗浄流体用導管11を通って流れる空気を用いる。図11、図12aおよび図12bに最も良く示しているが、洗浄流体用導管11はベースピース27のすぐ上に位置し、カラー4の間でバンク29に沿って直線状に位置する。このことにより洗浄流体用導管11はその下側にある複数の通路10を介して空気をベースピース27に供給できる。空気を洗浄流体用導管11の下側を介してベースピース27に供給することにより、洗浄用空気を制御して放出でき、バンク29の全長にわたる均等な分配を確保している。
【0029】
本発明のもう1つの態様は、濾過システムが複数の装置バンク29を有する図11および図13に示す膜濾過装置アレイを含み、各濾液用導管28がアレイの濾液用導管32に接続されている。
【0030】
濾過装置バンク29は膜濾過装置アレイから比較的容易に接続状態を解除するために更に構成されている。分離する時は、濾過装置バンクを膜濾過装置アレイから垂直に持ち上げることによって膜濾過装置アレイからバンクを取り除いてもよい。同様に、予め決められる場所に濾過装置バンクを垂直に下げることにより、そのバンクを膜濾過装置アレイの中に個々に設置してもよい。これにより配列の組立てまたは分解の複雑さが軽減され、アレイの中央またはその付近に配置されているサブモジュールへのアクセスが好都合となる。
【0031】
図15に最も良く示しているが、本発明の更なる態様では、膜濾過アレイのトレイン(train)が複数の膜濾過装置アレイ(図14)を有して成り、アレイの濾液用導管32はトレイン導管33により接続されており、従って、アレイの濾液用導管32はトレイン導管33と流体連通の状態にある。
【0032】
濾過の間、タンク31は連続的にかつ実質的にフィードで満たされており、フィードはフィルターサブモジュール2のアレイを浸漬する。ポンプ34がフィードをフィルターサブモジュール2を介して取り出し、濾液が生じる。ポンプ34による負圧下に付されている濾液は、マニホールド1を通り、濾液用導管28、アレイの濾液用導管32、トレインの濾液用導管33を経由して、ポンプへ移動する。その後、濾液は濾液出口用導管35を経由してポンプおよび濾液システムを去る。
【0033】
本発明を、特定の例に言及して、また、大気開放型濾過システムに用いる濾過用マニホールドに言及して説明しているが、当業者には、本発明が多くの他の形態で実施されてもよく、それには大気に対して閉じた濾過システムに用いる濾過用マニホールドが含まれることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の膜濾過用マニホールドの斜視図である。
【図2】 図2は図1における膜濾過用マニホールドのもう1つの斜視図である。
【図3】 図3はロック用のクリップによりマニホールドのカラーに接続されるサブモジュールを示す断面図である。
【図4a】 図4aはクリップの好ましい態様を示す等角図である。
【図4b】 図4bは図4aにおけるクリップの好ましい態様を示す等角図である。
【図4c】 図4cはクリップの別の態様を示す等角図である。
【図5】 図5は図4aのロック用のクリップを断面で示す側立面図である。
【図6a】 図6aはカラーの詳細図である。
【図6b】 図6bはカラーのもう1つの詳細図である。
【図7a】 図7aは濾過モジュール用の接続スリーブの態様を示す平面図である。
【図7b】 図7bは図7aにおいて線A−Aで切断した図8aの接続スリーブの断面図である。
【図7c】 図7cは図7aの接続スリーブの側面図である。
【図8a】 図8aは濾過モジュール用の接続スリーブの別の態様を示す平面図である。
【図8b】 図8bは図8aにおいて線B−Bで切断した図8aの接続スリーブの断面図である。
【図8c】 図8cは図8aの接続スリーブの側面図である。
【図9a】 図9aはキャップの斜視図である。
【図9b】 図9aのキャップのもう1つの斜視図である。
【図10】 図10は図1の膜濾過用マニホールドの斜視図であり、図9のキャップの使用状態を示している。
【図11】 図11は膜濾過装置バンクの側面図である。
【図12a】 図12aはベースピース形態での膜濾過用マニホールドの態様を横断面で示す側立面図であり、洗浄流体用導管からベースピースを通る洗浄液の流れを示している。
【図12b】 図12bはベースピース形態での膜濾過用マニホールドの態様を断面で示す正立面図であり、洗浄流体用導管からベースピースを通る洗浄液の流れを示している。
【図13】 図13は膜濾過装置アレイの平面図である。
【図14】 図14は膜濾過装置アレイにおける1つの膜濾過装置バンクを示す斜視図である。
【図15】 図15は膜濾過装置トレインの等角図である。

Claims (27)

  1. 1またはそれ以上の細長い束状の半透過性ポリマー繊維を含む種類のフィルターサブモジュールを接続する膜濾過用マニホールドであって、
    ハウジング、および
    該ハウジングと流体連通状態で接続された少なくとも1つのサブモジュール接続用カラー
    を含み、
    該カラーは、ロック機構を有する接続スリーブを有する該サブモジュールを受容して位置決めするようになっており、それによって、該サブモジュールが該カラーから軸方向に移動しないように、該カラーと該ロック機構との双方に係合して少なくとも部分的に囲むようになっているクリップによって、該サブモジュールが一端にて該カラーに取り付けられることになり、
    該クリップが該サブモジュールおよび該カラーに滑動により係合する際に、該クリップの半径方向の収縮が可能となるように該クリップは弾力的にバイアスされ、それによって、該クリップがスナップ式ロック状態で該サブモジュールと該カラーとの双方に係合する、膜濾過用マニホールド。
  2. 前記カラーは、前記サブモジュールの端部とのベアリング係合用の内部段付き受け座を有する、請求項1に記載のマニホールド。
  3. 前記クリップは円筒状であり、向い合う壁の縁を規定する「上部および底部を有する側壁」のスプリット部を有する、請求項1または2に記載のマニホールド。
  4. 前記クリップが、前記スリーブに形成された半径方向外向きのフランジとベアリング係合するために前記側壁の下端に隣接した半径方向内向きの周状下部フランジを有して成る、請求項3に記載のマニホールド。
  5. 前記側壁が、前記カラーの相補的なステップとベアリング係合するために、前記側壁の上端またはそれに隣接した半径方向内向きの周状上部フランジを含む、請求項3または4に記載のマニホールド。
  6. 前記クリップはその前記両縁に隣接して前記側壁上に突起を含む、請求項3〜5のいずれかに記載のマニホールド。
  7. 前記突起は前記上部フランジから縦方向に延びる、請求項6に記載のマニホールド。
  8. 前記上部フランジは部分的に周状である、請求項4〜7のいずれかに記載のマニホールド。
  9. 前記クリップはヒンジ式に前記カラーに取り付けることができる、請求項1〜8のいずれかに記載のマニホールド。
  10. 前記クリップは前記カラーと相互に係合可能である、請求項1〜9のいずれかに記載のマニホールド。
  11. 前記クリップは前記カラーと同心状で周状ロック係合するようになっている、請求項1〜10のいずれかに記載のマニホールド。
  12. 前記クリップは自己作動式である、請求項1〜11のいずれかに記載のマニホールド。
  13. サブモジュール接続用の4つのカラーを有して成る、請求項1〜12のいずれかに記載のマニホールド。
  14. 前記カラーは共通の平面上に配置されており、平行な軸を有する、請求項13に記載のマニホールド。
  15. 前記ハウジングの一端は前記各カラーに隣接しており、該ハウジングの軸が該カラーの軸心と平行である、請求項13または請求項14に記載のマニホールド。
  16. 1またはそれ以上の細長い束状の半透過性ポリマー繊維を有して成るフィルターサブモジュール、
    該フィルターサブモジュールの一端にて取外し可能に接続されるヘッドピース、および
    該フィルターサブモジュールの他の端において取外しに可能に接続されるベースピース
    を有して成る膜濾過装置であって、
    該ヘッドピースおよび該ベースピースの少なくとも一方が請求項1〜15のいずれかに記載の膜濾過用マニホールドであり、
    該ヘッドピースは濾液用導管に接続するようになっており、該ヘッドピースと該濾液用導管との間の流体連通が可能であり、該ベースピースは洗浄流体用導管に接続するようになっており、該ベースピースと該洗浄流体用導管との間の流体連通が可能となっており、
    該カラーは、2対の該カラーの間で少なくとも部分的に前記洗浄流体用導管を配置できる構造となっている、膜濾過装置。
  17. 前記ベースピースが前記膜濾過用マニホールドである、請求項16に記載の膜濾過装置。
  18. 前記ヘッドピースが前記膜濾過用マニホールドである、請求項16または17に記載の膜濾過装置。
  19. 前記ベースピースは前記ハウジングの一端と流体の漏れない封止係合を形成するリムーバル・キャップを含む、請求項16または17に記載の膜濾過装置。
  20. 請求項16〜19のいずれかに記載の複数の膜濾過装置、
    少なくとも1つの膜濾過装置に接続された濾液用導管、および
    少なくとも1つの膜濾過装置に接続された洗浄流体用導管
    を含む膜濾過装置のバンク。
  21. 前記膜濾過装置は直立状態で配置され、前記濾液用導管が前記ヘッドピースのすぐ上に位置し、また、前記洗浄流体用導管が前記ベースピースのすぐ上に位置している、請求項20に記載の膜濾過装置のバンク。
  22. 前記洗浄流体用導管は、2対のサブモジュールカラーの間に少なくとも部分的に配置され、前記ハウジングと流体連通の状態にある、請求項21に記載の膜濾過装置のバンク。
  23. 前記洗浄流体用導管は、洗浄流体用導管の開口部を介して前記ベースピースと流体連通の状態にあり、洗浄流体がベースピースを通って該洗浄流体用導管から前記サブモジュールへ通過できる、請求項20〜22のいずれかに記載の膜濾過装置のバンク。
  24. 前記ハウジングは前記濾液用導管と流体連通の状態にある、請求項20〜23のいずれかに記載の膜濾過装置のバンク。
  25. アレイの濾液用導管により並列で接続された請求項24に記載の膜濾過装置のバンクを複数含む、膜濾過装置のアレイ。
  26. 前記アレイが開放型のフィード内に挿入されるようになっている、請求項25に記載の膜濾過装置のアレイ。
  27. トレイン導管、および該トレイン導管と流体連通状態で接続された請求項25または請求項26に記載の複数の膜濾過装置の配列を含む、膜濾過装置アレイのトレイン。
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