JP4817576B2

JP4817576B2 - クロスフロー濾過装置およびアセンブリ

Info

Publication number: JP4817576B2
Application number: JP2001549760A
Authority: JP
Inventors: ベルンハルトディール，
Original assignee: ザトーリウスステディムビオテークゲーエムベーハー
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: US20030066794A1; WO2001049400A1; CN1209177C; DE50003954D1; DE10000186A1; JP2003519004A; DE10000186C2; ATE250970T1; EP1251944B1; CN1420802A; EP1251944A1; US6929743B2

Description

【０００１】
本発明は逆浸透、ナノ濾過、透析、限外濾過、およびマイクロ濾過の分野の液体を処理するために使用されるクロスフロー濾過装置およびアセンブリに関する。
【０００２】
フィルタ・カセットを備えたクロスフロー濾過のための装置は電機子、ポンプ、および補助装置の他に、一般にホルダと、フィルタ・カセットと、固定板とからなっている。ホルダは固定板と、固定板の間に密閉式に圧入された少なくとも１つのフィルタ・カセットとを保持する。そのために固定板はホルダ上に相対移動可能に配設されている。固定板とフィルタ・カセットとは、対向する平坦な前面および後面と、対向する狭い第１側壁および第２側壁と、対向する狭い第１縁壁および第２縁壁とを有している。少なくとも１つの固定板は濾過される供給液をフィルタ・カセットに供給し、かつ濃縮液および濾液をフィルタ・カセットから放出するための接続管を有する分配板として形成されている。液体の供給および／または放出が分配板の１つの表面だけで行われる場合は、単方向の分配板と呼ばれ、液体の供給および／または放出が分配板の前面と後面とで行われる場合は、双方向の分配板と呼ばれる。後者の場合は、フィルタ・カセットは分配板の前面と後面との両側に配置されている。ドイツ公開公報第３４４１２４９号には、フィルタ・カセットと、フィルタ・カセットが２枚の単方向固定板の間に固定された、フィルタ・カセットを有するクロスフロー濾過用の装置とが記載されている。一方は濾過される供給液を供給し、かつ濃縮液を放出するための分配板として形成され、他方は、適宜の接続管を有する、濾液の放出のための集液板として形成されている。米国特許明細書第４７１５９５５号はホルダと、フィルタ・カセットと、固定板とからなる装置を記載しており、固定板の１つは単方向分配板として形成され、液体を供給し、かつ放出するための接続管全体が配設されている。このような分配板を双方向の分配板として構成することは欧州特許明細書第０３４５２０９Ｂ１号で提案されている。これらの全ての装置の欠点は、このような装置のクロスフロー濾過容量が、分配板と集液板との間に配置することができるフィルタ・カセットの数によって限定されることにある。フィルタ・カセットの数はカセットの構造と、クロスフロー装置の、もしくはクロスフロー・アセンブリのポンプ容量とに応じて１個ないし７個から１０個である。フィルタ・カセットの数が多めである場合は、流入側の圧力損によって薄膜面の通過が不均一になり、ひいてはフィルタ・カセットの薄膜面の活用度が不均一になり、その結果、薄膜の詰まりが早くなり、かつクロスフロー濾過の効率が低下する。
【０００３】
分配板および集液板のフィルタ・カセット側の面は、板に接続されるフィルタ・カセットの面の対応する開口と一致する、互いに離間した開口を備えている。フィルタ・カセット内には通常は、濾過される供給液を供給するための開口と、第１の狭い縁壁と平行に延びる直線上の、濾液を放出するための開口の第１部分と、濃縮液を放出するための開口と、第２の狭い縁壁と平行に延びる直線上の、濾液を放出するための開口の第２部分とが位置している。フィルタ・カセットの開口向きの、分配板および集液板の開口は、狭い縁壁と平行に延び、また板の前面および後面と平行に延びる、対応する管路に接合している。それぞれの管路は少なくとも１つの側壁上で分配板および集液板から出る。米国特許明細書第４７１５９５５号および欧州特許明細書第０３４５２９０Ｂ１号によれば、濾液の放出用の開口、または供給液の供給用、および濃縮液の放出用の開口は前面もしくは前面および後面に対して鋭角をなして対応する管路に接合する。欧州特許明細書第０４９８２１１Ｂ１号によれば、濾液を放出するための開口は分配板の前面にある濾液導管を介して中央に配置されている管路と連結されている。
【０００４】
先行技術の装置の他の欠点は、固定板に多数の接続管があり、それが高いコストにつながり、また漏損や汚染の原因になることである。濾液側（純性側）で計算した場合、接続管の数が多いことは特に不利である。
【０００５】
その上、１枚の板に接続管全体を有する分配板には、穴、管路、および濾液導管を狭いスペースに収納しなければならさないので製造コストが高いという欠点がある。狭い側壁上のスペースが小さいために、管路の接続管を対向する双方の側壁に据えつけなければならない場合が多く、それによって接続管へのアクセス、および狭いスペースでの装置の設置の可能性が制約される。ＷＯ９６／２８２４０号では、供給液を供給するための管路が分配板の後面に配設されることによって、この板を必然的に単方向の分配板として据えつけなければならないので、装置の可変性が限定される。
【０００６】
本発明の目的は、接続管の数が少なく、固定板が簡便であるために低コストで製造可能であり、必要なクロスフロー濾過の性能に容量を適応させる可変性が高く、かつ動作寿命が高いことを特徴とする、フィルタ・カセットを備えたクロスフロー濾過用の装置とアセンブリとを提供することにある。
【０００７】
上記の目的は特許請求の範囲第１項および５項の内容によって達成される。本発明の好適な実施形態は従属クレームの特徴に記載されている。
【０００８】
本発明によるクロスフロー濾過のための装置は、ホルダと、固定板およびその間に密閉式に圧入したフィルタ・カセットからなる少なくとも１つの濾過セグメントとから構成され、端板、分離板、分配板、および集液板として形成された固定板と、フィルタ・カセットとが相対移動可能にホルダ上に配設されている。濾過セグメントは、少なくとも１つのフィルタ・カセット、分配板、および少なくとも１つの別のフィルタ・カセットの２つの配列から構成され、該配列が２つの端板の間に配置されると共に、濾液を放出するための共通の集液板によって互いに連結される。少なくとも１つのフィルタ・カセットは通常は、２個ないし約１０個の、好適には４個ないし５個のフィルタ・カセットからなるモジュール・ブロックを構成する。
【０００９】
濾過セグメントの構造によって、各々の濾過セグメントには、少なくとも１つのフィルタ・カセット、分配板、および少なくとも１つの別のフィルタ・カセットの２つの配列から濾液がそれを介して放出される、共通の１枚の集液板しか必要ない。それによって、４個のフィルタ・カセット、または４個のモジュール・ブロック用に、先行技術では少なくとも４個の濾液接続管が必要であるが、２個の濾液接続管しか必要ない。その上、濾過セグメントの構造によって、多数の濾過セグメントを有する装置をモジュール式に拡張することが可能であり、その数は実際的な理由によってしか制約されない。それによって、本装置をそのつどの濾過の要求に合わせて必要な濾過能力にフレキシブルに適応させることができる。濾過セグメント内に、（モジュール・ブロックの）少なくとも１つのフィルタ・カセット、分配板、および（別のモジュール・ブロックの）少なくとも１つの別のフィルタ・カセットの２つの配列を設けることによって、補足的な手段をとせずに、分配板に隣接するどのようなフィルタ・カセット、もしくは分配板に隣接するどのようなモジュール・ブロックにも類似して流入することが確実にされる。４個のフィルタ・カセット、または４つのモジュール・ブロックを使用した場合、先行技術の装置では、中央に位置する隣接するフィルタ・カセット、もしくはモジュール・ブロックの間に、補助的に分離板を使用することが必要になろう。
【００１０】
フィルタ・カセットと、端板、分離板、分配板、および集液板として形成された固定板とが、対向する平坦な前面および後面と、対向する狭い側板と、対向する狭い縁壁とを備えている本発明の好適な実施形態では、供給液を供給し、かつ濃縮液を放出するための分配板は、前面および後面に、フィルタ・カセットの開口全体に対応する、互いに離間した開口を備え、供給液を供給し、かつ濃縮液を放出するための開口は、接続管を備えた側壁の少なくとも一方を出て、それぞれ前面および後面と平行に、また縁壁と平行に延在する、供給液を供給し、かつ濃縮液を放出するための管路を備えた側壁に接合している。これに対して、濾液用の開口は前面から後面へと、かつ縁壁と平行に延在している。濾液を放出するための集液板は、互いに離間した開口だけを前面と後面とに備えており、この開口は濾液用のフィルタ・カセットの対応する開口と対応している。この開口は、接続管を備えた側壁の少なくとも一方を出て、前面と後面とそれぞれ平行に、また縁壁と平行に延在する、濾液の放出用の管路に接合する。分配板内の濾液を放出するための管路を無くし、かつ濾液のための集液板の開口を上記のように限定することによって、このような固定板を低コストで製造できる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、隣接する濾過セグメントは分離板として作用する単一の端板によって互いに分離される。このような分離板は端板と同様に開口および管路を有しておらず、従って低コストで製造できる。
【００１２】
本発明に基づく分配板および集液板によって、別の有利な実施形態では管路用の接続管全体を側壁の一方に取り付けることが可能になる。このことは、本発明の装置を壁のすぐ近傍に取り付けることができるような小さいスペースに、場所を取らずに据えつけるためには特に重要であるが、それは片側からしか装置にアクセスする必要がないからである。
【００１３】
固定板は平坦な前面および後面以外は、フィルタ・カセットと異なる外形を備えることができる。従って固定板は、例えば多角形、円形、または楕円形の形状を有することができる。このような実施形態では、対向する狭い側壁および縁壁とは、フィルタ・カセットの対応する側壁および縁壁が固定板に突出することで生ずるものと理解される。
【００１４】
濾過セグメントから形成される装置では、好適には純性側（濾液を放出するための導管を有する濾液集液板）を固定的に配管することができ、これは薬学の分野では特に重要である。
【００１５】
フィルタ・カセットを有する、クロスフロー濾過のための本発明によるアセンブリは、供給液の供給、濃縮液の放出、および濾液の放出用の共通の導管を経て互いに連結された、前記の種類の少なくとも２つの装置からなっている。吐出口全体が側壁の分配板および集液板にある好適な実施形態では、スペースおよびコストが節減される。
【００１６】
本装置およびアセンブリの濾過、洗浄、そそぎ、および殺菌はコンピュータ制御で行われ、そのために分配板および集液板の接続管、および導管には、専門家には周知の流量計、および／または圧力センサ、並びに制御可能な弁が装備され、導管を経て洗浄剤、そそぎ剤、および殺菌剤が供給され、また放出される。アセンブリまたは装置のその他の装置、または濾過セグメントを濾過動作に留めて、個々の装置、または個々の濾過セグメントをスイッチ・オフでき、または別個に指定の操作を行うことができることが特に有利である。
【００１７】
図１によれば、クロスフロー濾過のための装置１は図示されていないホルダ上に配置された濾過セグメント２からなっている。濾過セグメント２は、フィルタ・カセット４、４’、分配板５、５’、および別のフィルタ・カセット６、６’からなる２つの配列３、３’から構成され、該配列３、３’は２つの端板７、７’の間に配置され、かつ共通の集液板８によって互いに連結されている。集液板８は濾液を放出する役割を果たし、その前面９および後面９’に、フィルタ・カセット４、４’、６、６’の開口に対応する、互いに離間した開口１０、１０’と、互いに離間した開口１１、１１’とを備えている。これらはそれぞれ前面９および後面９’と平行に、また縁壁１４、１５’と平行に延在する、濾液を放出するための管路１２、１３に接合している。管路１２、１３は、接続管１７、１８を備えた側壁１６から出ている。分配板５、５’は供給液を供給し、かつ濃縮液を放出する役割を果たし、かつ前面１９、１９’と後面２０、２０’に、互いに離間した濾液用の開口２１、２１’、供給液の供給用の開口２２、２２’、および濃縮液用の開口２３、２３’を有しており、これらの開口はフィルタ・カセットの開口全体と対応している。開口２２、２２’は供給液を供給するための管路２４、２４’と、もしくは開口２３、２３’は濃縮液を放出するための管路２５、２５’と鋭角をなして接合し、または、接続管２７、２７’、２８、２８’を備えた側壁２６、２６’を出る逆送りの場合は逆に接合する。管路２４、２４’および管路２５、２５’は分配板５、５’の前面１９、１９’、および後面２０、２０’と平行に、並びに縁壁２９、２９’、３０、３０’と平行に延在している。濾液用の開口２１、２１’は前壁１９、１９’から後壁２０、２０’へと、また縁壁２９、２９’、３０、３０’と平行に延在している。
【００１８】
図２に示したアセンブリ３１は、分離板３２によって分離されたそれぞれ２つの濾過セグメント２からなる、クロスフロー濾過のための２つの装置１からなっている。固定板７、５、８、５’、３２の間には、それぞれ５個のフィルタ・カセット４、４’からなるモジュール・ブロック３３が密閉式に圧入されている。濾液の放出のための接続管１７、１８（図１）、濃縮液の放出のための接続管２８、２８’（図１）、および供給液の供給のための接続管２７、２７’（図１）には圧力計または流量計３４、３５、３６、および弁３７、３８、３９が装備されているが、少なくとも共通の導管、および共通の、供給液を供給するための導管４０、濃縮液を放出するための導管４１、および濾液を放出するための導管４２をそれぞれ介して互いに連結されている。
【００１９】
濾過を実行するため、濾過される供給液は加圧され、導管４０を経て弁３８、接続管２７、２７’（図１）、分配板５、５’を介してモジュール・ブロック３３内に圧送され、そこでフィルタ・カセット４、４’の薄膜を通過し、濃縮液として接続管２８、２８’（図１）、弁３９、および共通の導管４１へと放出される。薄膜を浸透する部分は濾液として接続管１７、１８（図１）、弁３７、および共通の導管４２を経て放出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の濾過セグメントの概略分解図である。
【図２】本発明のアセンブリの実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１クロスフロー濾過装置
２濾過セグメント
３、３’ 配列
４、４’ フィルタ・カセット
５、５’ 分配板
６、６’ 別のフィルタ・カセット
７、７’ 端板
８共通の集液板
９、９’ 前面および後面
１０、１０’、１１、１１’ 互いに離間した開口
４、４’、６、６’ フィルタ・カセットの濾液用開口
１２、１３濾液放出用管路
１４、１５縁壁
１６側壁
１７、１８濾液放出用の接続管
１９、１９’ 分配板の前面
２０、２０’ 分配板の後面
２１、２１’ 濾液用開口
２２、２２’ 供給液供給用開口
２３、２３’ 濃縮液放出用開口
２４、２４’ 供給液供給用管路
２５、２５’ 濃縮液放出用管路
２６、２６’ 側壁
２７、２７’ 供給液供給用接続管
２８、２８’ 濃縮液放出用接続管
２９、２９’、３０、３０’ 分配板５、５’の縁壁
３１アセンブリ
３２分離板
３３モジュール・ブロック
３４、３５、３６圧力計、または流量計
３７、３８、３９弁
４０供給液供給用導管
４１濃縮液放出用導管
４２濾液放出用導管

Claims

ホルダと、固定板およびその間に密閉式に圧入したフィルタ・カセット（４、４’、６、６’）からなる少なくとも１つの濾過セグメント（２）とから構成されたクロスフロー濾過装置（１）であって、
固定板は、端板（７、７’）として、分配板（５、５’）として、集液板（８）としてまたは濾過セグメントが２つ以上の場合に隣り合う濾過セグメントの両者に属する分離板（３２）として形成され、フィルタ・カセット（４、４’、６、６’）は取り外し可能にホルダに配設された、前記濾過装置において、
前記少なくとも１つの濾過セグメント（２）は、
濾液を放出するための共通の集液板（８）によって互いに連結された２つの配列（３、３’）であって、それぞれの配列（３、３’）は少なくとも１つのフィルタ・カセット（４、４’）からなる第１の組と少なくとも１つのフィルタ・カセット（６、６’）からなる第２の組と第１の組と第２の組に挟まれた分配板（５、５’）とから構成されるものである、２つの配列と、
２つの配列（３、３’）の間に位置する集液板（８）と、
濾過装置が1つの濾過セグメントからなる場合は２つの端板とを、
濾過装置が２つの濾過セグメントからなる場合は1つの端板と1つの分離板とを、
濾過装置が3つ以上の濾過セグメントからなる場合は、1つの端板と1つの分離版と、または２つの分離版とを含み、
固定板とフィルタ・カセットの並び順は、
濾過装置が1つの濾過セグメントからなる場合は、
端板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−端板、
であり、
濾過装置が２つの濾過セグメントからなる場合は、
端板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−分離板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−端板、
であり、
濾過装置が３つ以上の濾過セグメントからなる場合は、
端板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−分離板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−｛１つ以上の（分離板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］−集液板−［フィルタ・カセット−分配板−フィルタ・カセット］）の繰り返し｝−端板、
である、前記装置。
フィルタ・カセット（４、４’、６、６’）と固定板とは、対向する平坦な前面および後面（９、９’）と、対向する狭い側壁（１６、２６、２６’）と、対向する狭い縁壁（１４、１５、２９、２９’、３０、３０’）とを備え、供給液を供給し、かつ濃縮液を放出するための分配板（５、５’）は前面および後面（９、９’）に、フィルタ・カセット（４、４’、６、６’）の開口全体に対応する、互いに離間した開口（２２、２２’、２３、２３’）を備え、供給液を供給するための開口（２２、２２’）、および濃縮液を放出するための開口（２３、２３’）は、接続管（２７、２７’、２８、２８’）を備えた側壁（２６、２６’）の少なくとも一方を出て、それぞれ前面および後面（９、９’）と平行に、また縁壁（２９、２９’、３０、３０’）と平行に延在する、供給液を供給するための管路（２４、２４’）、および濃縮液を放出するための管路（２５、２５’）を備えた側壁（２６、２６’）に接合し、かつ濾液用の開口（２１、２１’）は前面から後面（９、９’）へと、かつ縁壁（２９、２９’、３０、３０’）と平行に延在し、
濾液を放出するための集液板（８）は、濾液用のフィルタ・カセット（４、４’、６、６’）の対応する開口と対応する、互いに離間した開口（１０、１０’、１１、１１’）を前面と後面（９、９’）とに備え、かつ濾液を放出するための開口は、接続管（１７、１８）を備えた側壁（１６）の少なくとも一方を出て、それぞれ前面および後面（９、９’）と平行に、並びに縁壁（１４、１５）に平行に延在する、濾液を放出するための管路（１２、１３）に接合する、請求項１に記載の装置（１）。
管路（２４、２４’、２５、２５’、１２、１３）用の接続管（２７、２７’、２８、２８’、１７、１８）の全体が側壁（１６、２６、２６’）の一方に取り付けられる、請求項２に記載の装置（１）。
請求項１から３のいずれか１項に記載された装置（１）の少なくとも２つを、供給液の供給用（４０）、濃縮液の放出用（４１）、および濾液の放出用（４２）の導管を経て互いに連結した、クロスフロー濾過のためのアセンブリ。