JP4980227B2 - 同心フィルタ要素を有するクロス・フロー濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、媒体中に粒子を含む原料を濾過するために設けられるクロス・フロー濾過装置に係わり、該クロス・フロー濾過装置は、
長手方向中心軸を有する長手方向の第１フィルタ要素と、
前記第１フィルタ要素の内部に実質的に同心に長手方向に設置されている長手方向の第２フィルタ要素と、
前記第１フィルタ要素を囲むハウジングと、
前記第１フィルタ要素と第２フィルタ要素との間に前記原料を供給する原料入口と、
粒子が実質的に富裕化された前記原料である濃縮液を吐出するために設けられた濃縮液出口と、
粒子が実質的に少ない前記媒体であり、且つ、前記第１フィルタ要素を通過した濾過液を吐出するために設けられた第１濾過液出口と、
粒子が実質的に少ない前記媒体であり、且つ、前記第２フィルタ要素を通過した濾過液を吐出するために設けられた第２濾過液出口とを備え、
前記第１フィルタ要素及び前記第２フィルタ要素が、２つの別体フィルタ要素であり、
前記長手方向の第１フィルタ要素が第１幅を有し、前記長手方向の第２フィルタ要素が前記第１幅より小さい第２幅を有し、前記第２幅と前記第１幅との比率が少なくとも６５％であり、また、前記原料入口及び前記濃縮液出口が前記長手方向中心軸線と整合している。

濾過装置技術において、いくつかの種類の濾過装置が知られている。主たる２種類の濾過装置は、全量濾過装置とクロス・フロー濾過装置である。

従来、フィルタ・デバイスは、液体又は気体であることができる媒体内に粒子を懸濁状態で含む原料を濾過するのに使用される。濾過又は限外濾過後に、フィルタ要素の断流特性に応じて、また、前記のとおり、粒子が少ない原料である濾過液、粒子が富裕化された原料である濃縮液が共に得られる。用途に応じて、対象の生成物は、濾過液か濃縮液のいずれかである。

これら２種類の濾過装置の最も重要な違いは、
全量フィルタ・デバイスは、原料入口と濾過液出口を備え、濃縮液が、一般に、濾過装置内部に維持されること、
クロス・フロー濾過装置は、原料入口、濾過液出口及び濃縮液出口を備えることである。

全量濾過装置は、例えば、全量濾過装置のいくつかの実施例を開示するＤＥ３８ ０５ ３６１から知られる。ＤＥ３８ ０５ ３６１による濾過装置は、例えば、２つ以上の同心フィルタ要素、濾過装置のハウジングと最も外側のフィルタ要素との間である外部コンパートメント、及び最も内側の同心フィルタ要素の内部である中心コンパートメントを備える。濾過装置はまた、原料入口及び濾過液出口を備える。原料入口は、外部コンパートメントに直接連通し、濾過液出口は、中心コンパートメントに直接連通する。フィルタ要素は、所定の粒子サイズを有する粒子を保持し、所定の粒子サイズより小さい粒子サイズである粒子がフィルタ要素を通過することを可能にするために設けられる。したがって、媒体中に粒子を懸濁状態で含む原料は、外部コンパートメントにおいてフィルタ濾過装置に入り、所定の粒子サイズより大きい粒子サイズを有する粒子は、上流に保持され、所定の粒子サイズより小さい粒子サイズを有する粒子を有する媒体は、フィルタ要素を通過する。同じことが、すべての同心フィルタ要素に当てはまる。

そのため、下流のフィルタ要素の所定の粒子サイズより大きなサイズを有し、且つ、上流のフィルタ要素の所定の粒子サイズより小さなサイズを有する粒子は、２つのフィルタ要素の間に保持される。さらに、濾過装置は、それぞれのフィルタ要素間に保持される濃縮液及び粒子を採取するか、又は、除去するための洗浄装置を備える。

クロス・フロー濾過装置は、常に、濃縮液及び粒子を採取するか、又は、除去するための濃縮液出口を備える。しかし、一般的に、フィルタ要素の粒子堆積及び目詰まりがあるために洗浄装置は依然として必要とされる。

請求項１の前提部分で述べたように、こうしたクロス・フロー濾過装置は、例えば、クロス・フロー・フィルタの濾過膜を洗浄する組立体を記載しているＤＥ１９７ ０３ ８７７から知られる。沈降堆積物層は、短い距離だけ離れたノズルから堆積物に注がれる流体によって洗浄される。ＤＥ１９７ ０３ ８７７による濾過装置において、複数の濾過膜の同心配置が存在し、そのとき、ジェット・ウォッシャに似た、フィルタ媒体の表面を洗浄する洗浄ノズルを内部に有するために、十分な空間が膜の間に存在する。

一般に、また、ＤＥ１９７ ０３ ８７７（図面を参照されたい）の場合にそうであるように、第２濾過膜の幅と第１濾過膜の幅との比率は、約０．５５である。

残念ながら、こうしたクロス・フロー濾過装置は、製造し、動作するのが非常に難しく、フィルタ要素の表面における沈降物の蓄積をなくさない、又は、減らさない。

本発明の目的は、製造するのが容易で、実施するのが容易であり、一方、膜の目詰まり及び粒子堆積の低減、並びに、所与の空間要求についての濾過表面の増加による、濾過作用の改善によって、よりよい性能を提供するクロス・フロー濾過装置を提供することによって、これらの欠点の少なくとも一部を軽減することである。

この目的のために、本発明は、第２幅と第１幅との比率が、６５％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは約７５％であることを特徴とする、請求項１の前提部分に記載されたクロス・フロー濾過装置を提供する。

少なくとも６５％の第２幅と第１幅との比率が、目詰まり及び粒子堆積を実質的に低減することが、意外にもわかった。実際に、２つのフィルタ要素間のこうした、わずかな空間の存在は、原料について速度増加を伴い、一方、粒子堆積又は膜の目詰まりを実質的に減らすか又はなくす。実際に、一定流量の原料において、２つのフィルタ要素間の空間が減少する場合、原料の速度が、増加するであろう。そのため、２つのフィルタ要素間に（ジェット・ウォッシャ、スクレーパなどのような）どんな洗浄デバイスも必要とすることなく、永久的な粒子堆積及び膜の目詰まりを減らす、又は、なくすために、第２幅と第１幅との比率を、少なくとも６５％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは約７５％に調整することによって、２つのフィルタ要素間の空間を減らすことが望ましい。

好ましくは、第２幅と第１幅との比率は、原料の所定の流量を可能にし、原料入口における超過圧力作用を避けるために、せいぜい９５％である。

本発明によるデバイスの別の利点は、第１フィルタ要素及び第２フィルタ要素は、互いに異なるそれ自体の濾過液出口をそれぞれ有する２つの別個のフィルタ要素であり、第１フィルタ要素の濾過液出口は、前記第１濾過液出口であり、第２フィルタ要素の濾過液出口は、第２濾過液出口であることである。

２つの異なる濾過液出口を用いることによって、本発明による濾過装置は、例えば、関係するフィルタ要素が誤って穿孔されたときに、関係するフィルタ要素の出口を塞ぐことによって、必要なときに１つのフィルタ要素だけを用いて濾過装置を使用することを可能にする、より柔軟性の高い濾過装置である。

有利には、原料入口及び濃縮液出口は、実質的に整列する、特に、前記長手方向中心軸線と整合する。

原料入口及び濃縮液出口は、原料の流れの方向であるので、長手方向中心軸線と整合することが有利である。こうした構成によって、流れは、実質的に乱流が無い状態で実質的に層状の流れのままであることが可能になり、原料（濃縮物）は、フィルタ要素の表面に対して接線方向に高い効率を持って通過することが可能になる。

特定の実施例では、第１濾過液出口及び前記第２濾過液出口は、第１弁及び第２弁でそれぞれ終端する第１ノズル及び第２ノズルによってそれぞれ延長され、それぞれの弁は、少なくとも、開いた位置及び閉じた位置を有し、別々に制御される。

先に述べたように、より柔軟性のある濾過装置を可能にする特徴も存在する。濾過液出口が、弁によって終端するノズルであるときに、必要であれば、出口を塞ぐことが可能である。一方の弁は、任意選択で、他方の弁と独立に制御されるか、又は、両方の弁は、一緒に制御される。さらに、他方のフィルタ要素が洗浄サイクルにあることができるとき、一方のフィルタ要素は動作中であることができる。実際に、２つの同心フィルタ要素を有することによって、フィルタ要素は、異なる直径を呈し、第１フィルタ要素の表面は、第２フィルタ要素の表面と異なること、及び、そのため、２つのフィルタ要素は、異なる瞬間に洗浄サイクルにあるはずであることを意味する。実際に、２つの異なる表面を用いることによって、それぞれのフィルタ要素が、ある量の粒子を管理することができるため、フィルタ要素が、必ずしも同じ瞬間に洗浄される必要はない。

好ましくは、それぞれのフィルタ要素は、フィルタ媒体を備え、それぞれのフィルタ要素のそれぞれのフィルタ媒体は、それ自体の断流特性を有し、第１フィルタ要素のフィルタ媒体の前記断流特性は、第２フィルタ要素のフィルタ媒体の前記断流特性と実質的に異なるか、又は、類似する。

本発明による濾過装置は、第１フィルタ媒体の断流特性が、第２フィルタ媒体の断流特性と異なることができるため、２つの量の濾過液を採取することを可能にする。本発明による濾過装置は、有利な実施例において、それぞれが独自の量を有する２つの濾過液を採取することを可能にする２つの独立した濾過液出口を備える。

濾過装置の用途に応じて、２つのフィルタ要素について同じ断流特性を有することが好ましい可能性がある。

さらに、それぞれのフィルタ媒体は、金属材料、有機材料、又は無機材料からなる群から選択される材料で製造される。

フィルタ媒体の材料は、２つのフィルタ要素について同じであることができ、又は、異なることができ、こうした材料は、原料の化学的特性及び物理的特性によって、原料とフィルタ媒体との間の相溶性又は非相溶性によって、また、空隙率によっても、選択される。フィルタ媒体を形成する材料の選択について、所与の用途についての濾過装置の収量（ｙｉｅｌｄ）もまた考慮される。

本発明による濾過装置は、有利には、濃縮液出口と原料入口との間に設けられる循環ポンプを備える。

濾過装置を通過しなかった原料及び一度通過した原料を、それぞれ貯蔵するタンクが下流及び上流に存在するであろう。しかし、有利には、原料を濃縮させるか、又は、損失を減らすために、即ち、以降でより詳細に説明するように、採取されるべきものが、濾過媒体を通過し、原料から除去されなければならない非常に小さな粒子である場合、原料は、濾過装置を通して再循環される。

さらに、特定の実施例では、逆洗装置が設けられ、逆洗装置は、
第１ポート及び前記第１ポートと同じか又は異なる第２ポートを有する膨張容器と、
膨張容器の前記第１ポート、及び、第１濾過液出口と第１弁との間の前記第１ノズルに接続された第３ノズルと、
膨張容器の前記第２ポート、及び、第２濾過液出口と第２弁との間の前記第２ノズルに接続された第４ノズルとを備える。

通常、最も一般的な逆洗装置は、圧縮された空気又は別の気体或いは逆方向に戻るように濾過液を圧送する、フィルタ要素の後ろに位置するポンプによって加圧される、濾過液を有する緩衝容器を備える。

加圧を使用する一般的な逆洗装置は、連続プロセスが、内部で実施されることを可能にしない断続装置であり、複雑であり、また、多大の保守を必要とする。

ここで、本発明は、濾過液出口において、加圧された気体も、さらなるポンプも必要としない膨張容器を備えるため、システムの設計及び保守が簡略化される。

特に有利な実施例では、第３ノズルは第３弁を備え、第４ノズルは第４弁を備え、前記第３弁及び前記第４弁は、少なくとも開いた位置及び閉じた位置をそれぞれ有し、別々に制御される。

第３弁が開いた位置にあるとき、第１ノズルによって通常採取される濾過液が、膨張容器を満たすことができる。第４弁が開いた位置にあるとき、第２ノズルによって通常採取される濾過液が、膨張容器を満たすことができる。第３弁及び第４弁は、別々に制御されるため、開いた位置にあるのは、第３弁か、第４弁か、又は両方であることができる。膨張容器内の濾過液の水位が、十分であるときに、開いた位置にある弁（第３弁か、第４弁か、又は両方）は、閉じなければならない。第１フィルタ要素又は第２フィルタ要素の表面が、目詰まりするか、又は、堆積物を示すときに、それぞれ、第３弁又は第４弁は、開いて、フィルタ要素の表面が洗浄されることになる。

膨張弁が２つの濾過液出口に接続されるため、また、弁が別々に制御されるため、表面が洗浄されなければならないとき、クロス・フロー濾過装置の第１フィルタ要素は、第２フィルタ要素が使用中であるときに洗浄サイクルにあることができ、又は、その逆である。

さらに、濃縮液出口は、弁、特に、絞り弁で終端する。濃縮液出口の弁は、絞り弁を単に閉じることによって、クロス・フロー濾過装置を全量濾過装置に変形することを可能にする。さらに、絞り弁は、膨張容器が、濾過液流を使用して加圧されるにつれて、圧力を増大することを可能にする。濾過液流の圧力は、フィルタ・モジュール内の圧力が増大するように、原料濃縮液を絞ることによって増加する。この圧力は、フィルタ要素を通って、モジュールの濾過液側に伝わることになり、したがって、膨張容器を加圧するために、この圧力を使用することが可能である。

膨張弁が、最大圧に達すると、第３弁及び第４弁が閉じ、絞り弁が開き、その結果、本発明によるクロス・フロー濾過装置において、クロス・フロー作用が回復する。

本発明による濾過デバイスの他の実施例は、添付特許請求項に述べられる。

以下、図面を見ながら行なう本発明の非限定的な実施例の説明から、本発明のその他の特徴および利点がより明らかになされるだろう。

図面において、同じ参照符号は、本発明によるクロス・フロー濾過装置の同じか、又は、類似の要素に割り当てられた。

図１において、本発明による濾過装置は、長手方向の第１フィルタ要素１と、第１フィルタ要素１の内部に実質的に同心に長手方向に設置された長手方向の第２フィルタ要素２とを備えることが見てわかる。クロス・フロー濾過装置はまた、第１フィルタ要素１を囲むハウジング３と、原料入口４と、濃縮液出口５と、第１フィルタ要素１に接続された第１濾過液出口６とを備える。示すように、原料入口４及び濃縮液出口５は、好ましくは、実質的に整列する、特に、前記長手方向中心軸線８と整合する。この好ましい実施例では、第２フィルタ要素２は、第２濾過液出口７と呼ぶ、それ自体の濾過液出口に接続される。

それぞれのフィルタ要素１、２は、それ自体の断流特性を有するフィルタ媒体を備える。第１フィルタ要素１のフィルタ媒体の断流特性は、第２フィルタ要素２のフィルタ媒体の前記断流特性と実質的に同じか、又は、異なることができる。例えば、第１フィルタ媒体の断流特性は、５００〜０．１μｍ、好ましくは、１００〜１μｍの範囲にあることができる。

フィルタ媒体は、例えば、金属材料、有機材料、又は無機材料からなる群から選択される材料で製造されることができる。例示的な材料は、ステンレス鋼、セラミック、ポリエーテルサルホン、ポリプロピレンなどである。

図２に示すように、第１濾過液出口６及び第２濾過液出口７は、それぞれ、第１ノズル９及び第２ノズル１０によって延長される。第１ノズル９は第１弁１１で終わり、第２ノズル１０は第２弁１２で終端する。

さらに、好ましい実施例では、循環ポンプ１３が、濃縮液出口５と原料入口４との間に設けられる。

濾過される原料は、プロセス・プラント又は原料タンクからクロス・フロー濾過装置に圧送される。

濾過される原料をクロス・フロー濾過装置に供給するのは、循環ポンプ１３又は別のポンプであることができることが意図されるべきである。実際に、循環ポンプ１３は、クロス・フロー濾過装置の入口４において原料と濃縮液の混合物を供給する前に、原料タンクと濃縮液出口５との間の接続を行うことができる。

本発明によれば、原料入口又は上記混合物は、矢印で示すように、フィルタ要素のフィルタ媒体表面に対して接線方向に供給される。

第１フィルタ要素は第１幅ｗ１を有し、第２フィルタ要素は第２幅ｗ２を有する。第１幅ｗ１は第１フィルタの内側幅であり、一方、第２幅は第２フィルタの外側幅である。クロス・フロー濾過装置の性能を改善するために、第２幅と第１幅との比率は、６５％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは約７５％である。

こうした値によって、原料流による、両方のフィルタ要素の表面の洗浄作用が増加する。実際に、原料がクロス・フロー濾過装置内に入るときに容易にアクセス可能な容積を減らすことによって、内圧が増加する（ベルヌーイ：ＰＶ＝一定）。

したがって、材料入口流量は、循環ポンプによって規定されるため、流量は比較的一定であり、先に言ったことに関して、原料の速度が増加する。結果として、フィルタ媒体表面に対して接線方向の高いクロス・フロー速度は、永久的な粒子堆積、したがって、膜の孔の目詰まりを減らす、又は、なくす。

同様に、ｗ２とｗ１との比率は、原料が、適切な流量で本発明によるクロス・フロー濾過装置内に入ることを可能にするために、好ましくは９５％以下である。この比率はまた、原料入口における超過圧力を回避する。

この特に好ましい実施例では、第２フィルタ要素２は、第２濾過液出口７と呼ぶ、それ自体の濾過液出口に接続される。第２濾過液出口７は第２ノズル１０に接続され、第２ノズル１０は第２弁１２を備える。第１濾過液出口６はまた、第１ノズル９に接続され、第１弁１１を備える。両方の弁１１、１２は、好ましくは、別々に制御され、２つのフィルタ要素１、２を独立に動作させることを可能にする。第１フィルタ要素１は、第２フィルタ要素２が、濾過動作中であるときに、洗浄サイクルにあることができる。

原料入口４と濃縮液出口５の整列が、かなり内部の層流を損なう可能性がある乱流を引き起こすことなく、原料流をフィルタ媒体の表面に対して接線方向に加えることに寄与するため、原料入口４と濃縮液出口５の整列が重要であることが理解されるべきである。

９５％の比率の最大値はまた、原料流内の乱流を回避することを可能にする。

好ましくは、２つのフィルタ要素１、２は、同様の断流特性を有することによって、同じ除去効率を有する。しかし、２つの異なる品質の生成物が必要とされるときには、それぞれのフィルタ要素上のフィルタ媒体について異なる断流特性を有することが有利である可能性がある。

濾過液出口６、７の第１弁１１及び第２弁１２は、直ぐに使用するために別のプロセス・プラントに、又は、貯蔵のために１つ又は２つの濾過液タンクに、ノズルによって直接接続されることができる。フィルタ要素のフィルタ媒体が同様の場合、本発明によるクロス・フロー濾過装置の濾過液出口は、濾過液を貯蔵するために、１つ又は２つの濾過液タンクに接続されることができる。２つのフィルタ媒体について、断流特性が異なる場合、品質及び組成が同じでないため、２つの異なる濾過液を貯蔵するために、２つの異なるタンクが設けられるべきであることが理解されるべきである。

要約すると、第２フィルタ要素２の存在によって、濾過装置のフィルタ表面が増加する。これが、低減器の役目を果たし、濾過装置内での原料の速度を増加させ、したがって、フィルタ媒体上の接線方向流の洗浄作用を改善し、洗浄処理をする前に、より長い動作サイクルがもたらされる。さらに、２つのフィルタ要素１、２は、個別に動作することができ、濾過装置の連続動作が可能になる。

クロス・フロー濾過装置の要素の寸法についての例示的な値は、以下の表（表１）に述べられる通りである。

運転中に、原料は、循環ポンプ１３によって、原料入口４を通って２つのフィルタ要素１と２との間の空間内に給送される。フィルタ要素１、２のフィルタ媒体の断流特性に応じて、流体（液体又は気体）は、フィルタ要素１、２を通過し、その流体は、フィルタ媒体の孔のサイズより小さい、いくつかの粒子を含む。より大きな粒子は、両方のフィルタ要素１と２との間の空間内に残る。粒子の一部分は、フィルタ媒体の表面上に堆積することになり、他の部分は、流れによって運び去られることになる。これが、流体が粒子で豊富になるため、原料の出口が、濃縮液出口５と呼ばれる理由である。

フィルタ要素１、２を通過した流体は、第１濾過液出口６及び第２濾過液出口７を介して出て、別のプロセス・プラントか、濾過液タンクのいずれかに注がれる。

図３は、逆洗デバイスをさらに備える濾過デバイスに一体化された、本発明によるクロス・フロー濾過装置の断面を示す。逆洗装置は、第２ポート（出口）でもある第１ポート１４（入口）を有する膨張容器１７を備える。第３ノズル１５は、膨張容器１７の第１ポート１４、及び、第１濾過液出口６と第１弁１１との間の前記第１ノズル９に接続され、第４ノズル１６は、膨張容器１７のポート１４、及び、第２濾過液出口７と第２弁１２との間の第２ノズル１０に接続される。

第３ノズル１５は、第１ノズル９と膨張容器のポート１４との間に第３弁２４を備える。第４ノズル１６は、第２ノズル１０とポート１４との間に第４弁２５を備える。

濾過液出口６、７の第１弁１１及び第２弁１２は、直ぐに使用するために別のプロセス・プラントに、又は、貯蔵のために１つ又は２つの濾過液タンクに、ノズルによって直接接続されることができる。

上述したように、濾過される原料は、循環ポンプ１３によって、プロセス・プラント又は原料タンクから濾過装置に給送される。

先に説明したように、濾過される原料を濾過装置に供給するのは、循環ポンプ１３又は別のポンプであることができることが意図されるべきである。実際に、循環ポンプ１３は、濾過装置の入口４において原料と濃縮液の混合物を供給する前に、原料タンクと濃縮液出口５との間の接続を行うことができる。

さらに、濃縮液出口５は、第５弁２３（詳細には、絞り弁である）で終端する。絞り弁は、絞り弁を後で絞ることによって濃縮液の流量を調節するために設けられる。

図４ａ，４ｂは、濾過装置において使用することができる、本発明による逆洗装置の膨張容器の詳細を示す。

図４ａは、濾過液が無い状態の膨張容器を示し、図４ｂは、膨張容器の同じ図であるが、濾過液で一杯である。膨張容器は、特に、加熱システムで使用されるものと類似の膨張容器である。

膨張容器は、好ましくは、ステンレス鋼でできたハウジング１８、容器を２つの部分に分割する隔膜１９、気体（実際には、隔膜１９の外側で且つハウジング１８内にある）を含むために設けられた外部第１部分２０、及び、液体（隔膜１９の内部にある）を含むために設けられた内部第２部分２１を備える。隔膜１９は、好ましくは、交換可能であり、ブチル・ゴムでできている。膨張容器ハウジング１８を製造するのに使用される材料は、任意の材料であることができるが、この材料でできていないすべてのコンポーネントは、塩分、又は、任意選択で、濾過液内又は空気中に含まれる場合がある他の物質によって損傷を受ける可能性があるため、ステンレス鋼が好ましい。

同様に、隔膜１９は、当業者によってよく知られている、任意の材料で作ることができるが、その弾性、耐性、及び中性においてブチル・ゴムが好ましい。好ましくは、膨張容器ハウジング１８又は隔膜１９のどちらについての材料も、膨張容器１７内に含まれることになる液体又は気体と相互作用しないように選択されることが理解されるべきである。

この特定の実施例では、（流入又は流出する）濾過液の感知を課す弁が存在するため、膨張容器は、さらに、濾過液用の入口及び出口としての単一ポート１４を備える。逆洗デバイスの動作に対して何ら変更を加えることなく、２つのポート、即ち、入口ポート及び出口ポートが存在することができることが意図されるべきである。

ポート１４は、クロス・フロー濾過装置から流入する（ｃｏｍｅ）濾過液が、濾過液を収容するために設けられた、膨張容器１７の内部第１部分２１を、隔膜１９を通して充填することを可能にするために設けられる。

容器の第２部分内での超過圧力を回避するために、過剰な気体が出て行くことを可能にするために、第２部分２０内に、さらなる弁２２が設けられる。

図３で見てわかるように、また、先に述べたように、運転中に、原料は、循環ポンプ１３によって、原料入口４を通って２つのフィルタ要素１と２との間の空間内に給送される。流体（液体又は気体）は、フィルタ要素１、２のフィルタ媒体を通過し、その流体は、フィルタ媒体の孔のサイズより小さい、いくつかの粒子を含む。より大きな粒子は、両方のフィルタ要素１と２との間の空間内に残る。粒子の一部分は、フィルタ媒体の表面上に堆積することになり、他の部分は、流れによって運び去られることになる。

フィルタ要素を通過した流体は、第１濾過液出口６及び第２濾過液出口７を介して出て、弁の位置に応じて、別のプロセス・プラントか、濾過液タンクか、又は、逆洗デバイスに注がれる。濾過液タンク及び逆洗装置は、本発明による濾過装置によって一緒に給送されることができることが考えられるべきである。逆洗デバイスを使用した濾過装置の動作は、以降でより詳細に説明される。

図４ｂで見てわかるように、濾過液は、第１部分２１内に給送され、第１部分２１は、充填によって容積が増加する。この領域の濾過液による充填によって、第２部分２０内に収容された気体が、第１部分２１の容積の増加によって圧縮されるため、第２部分２０の加圧が生じる。したがって、第２部分２０はまた、隔膜１９に圧力を加え、その圧力は、逆洗流が必要とされるときに、一方の又は両方のフィルタ要素１、２を洗浄するのに役立つ。

図５は、濾過液による膨張容器の充填及び加圧についての、いくつかの可能性を示す。濾過液流の方向は、それぞれのノズルにおいて矢印で示される。

圧力が増大するために、第３弁２４及び第４弁２５は、開いた位置にあるはずであり、第１弁１１及び第２弁１２は、閉じた位置にあるはずである。したがって、膨張容器１７は、濾過液流を使用して加圧される。濃縮液出口４の絞り弁２３を絞ることによって、濾過液流の圧力が増加するため、濾過装置内で圧力が増大する。

この圧力は、フィルタ要素１、２を通って、濾過装置の濾過液側に伝わることになり、したがって、この圧力を使用して、濾過液で膨張容器１７を充填することによって膨張容器１７を加圧することができる。

膨張容器１７は、第１フィルタ要素１からか、第２フィルタ要素２からか、又は、両方から流入する濾過液によってだけ、充填されることができることが理解されるべきである。

以下の表（表２）は、膨張容器を濾過液で充填するための、可能性のある異なる弁の構成を示し、一方、図５の矢印は、これらの動作中の濾過液流の方向を示す。

膨張容器１７が、最大圧に達すると、第３弁２４及び／又は第４弁２５が閉じ、クロス・フロー作用がモジュール内に戻るように濃縮液出口を絞ることによって、第５弁２３が開く。

図６は、第２フィルタ要素２が、依然として動作している間に粒子の堆積を除去するための、第１フィルタ要素１の逆洗を示す。

以下の説明について、膨張容器１７が最大圧に達していること、及び、濾過デバイスが、膨張容器の充填時と第１フィルタ要素１の洗浄時の間で動作していることが想定されるべきである。

以下の表（表３）は、第２フィルタ要素２が動作中である間に、第１フィルタ要素１が逆洗されるときの弁の位置を示す。この動作中における濾過液の方向は、図６において矢印で示される。

図７は、第１フィルタ要素１が、依然として動作している間に粒子の堆積を除去するための、第２フィルタ要素２の逆洗を示す。

以下の表（表４）は、第１フィルタ要素１が動作中である間に、第２フィルタ要素２が逆洗される間の弁の位置を示す。この動作中における濾過液の方向は、図７において矢印で示される。

図８は、第１フィルタ要素１及び第２フィルタ要素２の逆洗を示す。原料の循環は、除去される堆積物を濃縮液流内に運び去るために維持される。

以下の表（表５）は、２つのフィルタ要素間の空間内での流体の循環が、除去される粒子を濃縮液流内に運び去るために維持される間に、第１フィルタ要素１及び第２フィルタ要素２を逆洗する間の弁の位置を示す。この動作中における濾過液の方向は、図８において矢印で示される。

本発明の好ましい実施例が、例証のために開示されたが、添付特許請求項に開示される本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の変更、追加、置換が可能であることを当業者は理解するであろう。

例えば、本発明によるクロス・フロー濾過装置又は逆洗装置の弁は、手動か又は自動で開閉することができる。

本発明によるクロス・フロー濾過装置の断面図である。 循環ポンプ、出口弁、及び入口弁をさらに備える、本発明によるクロス・フロー濾過装置の断面図である。 逆洗装置、循環ポンプ、及び濃縮液出口絞り弁をさらに備える、濾過装置に一体化された、本発明によるクロス・フロー濾過装置の断面図である。 濾過液が無い状態の濾過装置の逆洗装置の膨張容器の断面図である。 図４ａと同じ図であるが、濾過液で一杯な膨張容器の断面図である。 濾過液による膨張容器の充填及び加圧を示す、濾過装置の断面図である。 第２フィルタ要素が、依然として動作している間に粒子の堆積を除去するための、第１フィルタ要素の逆洗を示す、濾過装置の断面図である。 第１フィルタ要素が、依然として動作している間に粒子の堆積を除去するための、第２フィルタ要素の逆洗を示す、濾過装置の断面図である。 粒子の堆積を除去するための、第１フィルタ要素１及び第２フィルタ要素２の逆洗を示す、濾過装置の断面図である。原料の循環は、除去される堆積物を濃縮液流内に運び去るために維持される。

Claims (14)

1. 媒体中に粒子を含む原料を濾過するために設けられたクロス・フロー濾過装置において、
   長手方向中心軸（８）を有する長手方向の第１フィルタ要素（１）と、
   前記第１フィルタ要素（１）の内部に同心に長手方向に設置されている長手方向の第２フィルタ要素（２）と、
   前記第１フィルタ要素（１）を囲むハウジング（３）と、
   前記第１フィルタ要素（１）と第２フィルタ要素（２）との間に前記原料を供給する原料入口（４）と、
   粒子が増加された前記原料である濃縮液を吐出するために設けられた濃縮液出口（５）と、
   粒子が減少された前記媒体であり、且つ、前記第１フィルタ要素（１）を通過した濾過液を吐出するために設けられた第１濾過液出口（６）と、
   粒子が少ない前記媒体であり、且つ、前記第２フィルタ要素（２）を通過した濾過液を吐出するために設けられた第２濾過液出口（７）とを備え、
   前記第１フィルタ要素（１）及び前記第２フィルタ要素（２）が、２つの別体フィルタ要素（１，２）であるクロス・フロー濾過装置であって、
   前記長手方向の第１フィルタ要素が第１幅（ｗ１）を有し、前記長手方向の第２フィルタ要素が前記第１幅（ｗ１）より小さい第２幅（ｗ２）を有し、前記第２幅（ｗ２）と前記第１幅（ｗ１）との比率が少なくとも６５％であり、また、前記原料入口（４）及び前記濃縮液出口（５）が前記長手方向中心軸線（８）と整合していることを特徴とするクロス・フロー濾過装置。
2. 前記第２幅（ｗ２）と前記第１幅（ｗ１）との前記比率が少なくとも７０％である請求項１に記載されたクロス・フロー濾過装置。
3. 前記第２幅（ｗ２）と前記第１幅（ｗ１）との前記比率が７５％である請求項１または請求項２のいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
4. 前記第２幅（ｗ２）と前記第１幅（ｗ１）との前記比率が９５％以下である請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
5. 前記第１濾過液出口（６）及び前記第２濾過液出口（７）が互いに異なる請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
6. 前記第１濾過液出口（６）及び前記第２濾過液出口（７）は、第１弁（１１）及び第２弁（１２）でそれぞれ終端する第１ノズル（９）及び第２ノズル（１０）によってそれぞれ延長され、前記第１および第２弁（１１，１２）の各々が、少なくとも開位置と閉位置を有し、別々に制御される請求項５に記載されたクロス・フロー濾過装置。
7. 逆洗装置を設けたクロス・フロー濾過装置であり、
   前記逆洗装置が、
   第１ポート（１４）及び該第１ポート（１４）と同じか又は異なる第２ポートを有する膨張容器（１７）と、
   前記膨張容器（１７）の前記第１ポート（１４）、及び、前記第１濾過液出口（６）と前記第１弁（１１）との間の前記第１ノズル（９）に接続された第３ノズル（１５）と、
   前記膨張容器（１７）の前記第２ポート、及び、前記第２濾過液出口（７）と前記第２弁（１２）との間の前記第２ノズル（１０）に接続された第４ノズル（１６）とを備える請求項６に記載されたクロス・フロー濾過装置。
8. 前記第３ノズル（１５）が第３弁（２４）を備え、前記第４ノズル（１６）が第４弁（２５）を備え、
   前記第３弁（２４）と前記第４弁（２５）の各々が、少なくとも開位置と閉位置を有し、別々に制御されるようになされている請求項７に記載されたクロス・フロー濾過装置。
9. それぞれのフィルタ要素（１，２）がフィルタ媒体を含み、各フィルタ要素（１，２）の各フィルタ媒体が、それ自体の断流特性を有し、前記第１フィルタ要素（１）の前記フィルタ媒体の前記断流特性が、前記第２フィルタ要素（２）の前記フィルタ媒体の前記断流特性と異なる請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
10. それぞれのフィルタ要素（１，２）がフィルタ媒体を含み、各フィルタ要素（１，２）の各フィルタ媒体が、それ自体の断流特性を有し、前記第１フィルタ要素（１）の前記フィルタ媒体の前記断流特性が、前記第２フィルタ要素（２）の前記フィルタ媒体の前記断流特性と同等である請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
11. 各フィルタ媒体が、金属材料、有機材料および無機材料からなる群から選択される材料で製造される請求項９又は請求項１０に記載されたクロス・フロー濾過装置。
12. 循環ポンプ（１３）が、前記濃縮液出口（５）と前記原料入口（４）との間に配設されている請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
13. 前記濃縮液出口（５）が第５弁（２３）で終っている請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載されたクロス・フロー濾過装置。
14. 前記第５弁（２３）が絞り弁（２３）を含む請求項１３に記載されたクロス・フロー濾過装置。

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