JP6234379B2 - 逆洗可能な濾過エレメント - Google Patents

Description

本発明は、固液分離、液液分離、または気液分離において使用するための平坦型または平面型の濾過部材またはフィルタエレメントに関する。

上記の種類のフィルタエレメントは、一般に、剛性を持つ平面支持構造物（rigid planar support）と、通常は有機膜材料から作製され、支持構造物の少なくとも一方の側、一般には両側に設けられた１つまたは複数の濾過層と、を備える。

この技術分野で知られている支持構造物は、一般に、濾過層を支持するという唯一の機能を有し、その場合、識別可能な排水層は、内部透過液（permeate）吸引動作によって引き起こされる負圧に抵抗するために、支持構造物と少なくとも１つの濾過層との間に配設される必要がある。そのような支持構造物を備えたフィルタエレメントの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、膜支持板の両面に配設された１対の濾過膜を備える濾過膜カートリッジが記載されている。フェルトのような不織布などのスペーサ、すなわち排水層が、膜支持板の両面で、膜支持板と濾過膜との間に設けられる。濾過膜は、周縁部に沿ってのみ支持板と個々に融合される。支持板は、濾過膜および排水層に向かって開いている複数の流路を両面に含む。この流路は、透過液の出口への流体の通過をもたらす。

類似のフィルタエレメントが特許文献２に記載されている。特許文献２の図７から図９に関して、両方の外表面において中に設けられた流路を有し剛性を持つ支持板を備える分離エレメントが示されている。この支持板の両面では、流路材と分離膜が疎に積み重ねられている。周縁部に沿って支持板、流路材、および分離膜を固着させるために、支持板の周囲に枠体が設けられる。そのうえ、特許文献２には、分離膜自体が、膜材料により含浸された多孔質支持体によって強化されると記載されている。

別の種類のフィルタエレメントが、特許文献３から知られている。支持構造物は１対の外側の層から形成され、この１対の外側の層は離間され、複数のコブのような出っ張りを備える内側の層によって互いに固着される。このように作製される、外側の層の間の間隔は、排水層を形成する。外側の層は、濾過水を排水層へと伝えるための穴を備える。外側の層には濾過（膜）層が設けられ、中間に流体透過性のガーゼを備える。エレメントを液密にするために、異なる構成要素が、縁部領域において溶接、プレス、または接着によって結合される。

さらに別のフィルタエレメントが、特許文献４から知られている。このフィルタエレメントは、支持部材の間に流れるための空間を形成する長手方向の壁によって離間された外側膜支持部材を備える押し出し成形されたスペーサ構造から形成される。支持部材は穿孔を備え、膜は接着または溶接によって支持部材に取り付けられる。

特許文献４では、スペーサ構造と膜を１つの膜ユニットとして一緒に鋳造または押し出し成形することも記載されているが、そのような場合、スペーサ構造は多孔質材料から作製されなければならず、穿孔を備えることはできない。

上記の種類のフィルタエレメントの利点は、支持体が低いコストで製造可能であり、市場で容易に入手可能であることである。

これらのフィルタエレメントの縁部領域は、それらのエレメントを液密にするためにシールされ、その結果、作製されるカートリッジは濾過モジュールにおいて使用され、濾過モジュールでは、カートリッジは、直列配置または並列配置で離間して装着される。濾過される液体懸濁液、乳濁液、溶液、懸濁液、または他の液体は、カートリッジの間を流れるようにされている。カートリッジはすべて、カートリッジの外部と内部の圧力差を維持するための吸引ユニットに接続され、圧力差が維持されることによって、濾過水が膜を通過して中央排水区画に集まる。

濾過（膜）層は、一般に、支持構造物、すなわち補強構造の上に積み重ねられる前にあらかじめ作製または形成され、自立している。濾過（膜）層は、一般に、有機材料から作製され、濾過特性を定める非常に小さな細孔を持つ表面層を有する。より内部では、膜層の細孔は、高い流量が維持され得るように、裏張り側に向かって大きくなる。膜上での液体の流れによって、固体粒子および他の不純物が膜の外部にくっつき、それによって、いわゆるケーク層が作製され、これにより、他の液体が容易に通過することが防止される。

ケーク層は、流量をあまりにも多く減少させることを回避するために、一定の間隔をおいて除去される必要がある。これは、粗いエアバブリングなどによって機械的に行われてよい。代替として、膜は化学的に洗浄されてもよい。

気泡は、濾過モジュールの真下で、濾過されていない液体に添加される。気泡は隣接する濾過カートリッジ間で生じ、それによって、２つの効果を生成する。第１の効果は、気泡がカートリッジの間で十分な気体／液体流を開始および維持し、それと共に、汚泥濃度をバルクと等しくすることである。第２の効果は、気泡はケーク層を除去する助けとなることである。

場合によっては、特に、固体濃度の高い汚泥と共に作用する膜バイオリアクターでは、粗いエアバブリングは、ケーク層を除去するための機械的手段として不十分である。

上述の平面濾過エレメントではなく毛管膜を装備するバイオリアクターでは、ケーク層を機械的に除去するための手段として逆洗洗浄を適用することはよく知られている。逆洗洗浄は、一定の間隔をおいて実行される。逆洗洗浄中に、膜を通る流れが反転され、圧力差も同様である。効果的な逆洗動作を得るために、逆の流動（流量）は、濾過流量の約１．５倍またはそれ以上であるべきである。

しかし、前述の平面フィルタエレメント、特に大型のフィルタエレメントのすべてが逆洗圧に耐えることができるとは限らない。例外的に、膜層が縁部領域において支持構造物上に融合または結合される場合、最小逆洗圧をサポート可能である。しかし、一般的な逆洗圧によって、フィルタまたは膜層が支持構造物から遠ざけられ、すなわち裏張り構造から遠ざかるように膨らませられ、膜層が引き裂かれて損傷するという影響がある。この膨張によって、連続した（対向する）膜の望ましくない接触が引き起こされ、それによって、濾過能力が著しく妨害される。このために、この種類のフィルタエレメントの機械的洗浄の新規な方法が開発された。その方法は緩和（relaxation）と呼ばれ、間欠的な濾過を用いた継続的な粗いエアバブリングを必要とする。しかし、緩和は逆洗洗浄ほど効果的ではない。

接着、溶接、またはそれ以外などによって膜層を縁部領域においてのみ固着させた前述の平面フィルタエレメントの第２の欠点は、濾過されていない液体／空気混合物が上方へと流れる結果、膜層が著しい粘性抵抗を受ける（significant viscous drag）ことである。この粘性抵抗によって、膜層内で引張り応力が生じ、その結果、経時的にクリープ（creep）および伸長が発生し、最終的には膜層が引き裂かれる。

フィルタエレメントの寸法が大きいほど、上述の影響も顕著になる。したがって、膜層は経時的に拡大／伸長し、膜層内での折り畳みの形成を生じさせ、膜層が剛性支持体に対して吸引される濾過段階中に、特に頂部領域に位置する波状パターンを引き起こす。この波状パターンは、溶接シームなどの支持体への取り付けによって上縁部で停止し、特にこの地点では、膜層は引き裂きおよび損傷を受けやすい。緩和段階中に、膜層を損傷する傾向は、なお一層顕著であり、大きすぎる膜層は、パタパタし始めることすらあり、疲労破壊による損傷を非常に受けやすくなる。

この粘性抵抗の問題は、特許文献５で対処されている。特許文献５では、剛性を持つ裏張り構造上で膜層を濾過面上に分布した形式で溶接することについて記載されている。この裏張り構造は、特許文献４の裏張り構造に類似している。裏張り構造の外表面内の排水穴の間に、溶接シームが設けられる。提案されている解決策により、上記のパタパタする問題は減少するが、溶接シームによって、弱い地点が形成され、通気および逆洗洗浄により、膜が溶接シームのところで破断する。

上述のフィルタエレメントのさらに別の欠点は、（強化された）膜層および排水層が支持板の両側で積み重ねられることにより、フィルタエレメントがかさばる傾向があり、したがって単位体積あたりの濾過面積が減少することである。

特許文献６は、膜層の厚さを減少させることによって、上記の問題に部分的に対処しているにすぎない。特許文献６では、滑らかな前面および粗い後面を得るために、膜層のための多孔質支持体として使用される不織布にカレンダー加工またはエンボス加工を行うことについて説明されている。膜溶液が後面に到達するのを防止するように、膜溶液を滑らかな面にコーティングする。特許文献６は、膜層自体の厚さの問題のみに対処している。したがって、先に説明したように支持体と排水層と膜層とを備えた平面濾過エレメント全体の構造は、変わらないままである。これは驚くべきことではない。なぜなら、特許文献６の膜層は、螺旋状に巻かれた濾過カートリッジのみにおいて使用するために説明されているからである。

欧州特許出願公開第０６０２５６０号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１５０８０８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０００８２７号明細書 米国特許出願公開第２００８／１５６７３０号明細書 特開平０８−１０５８７号公報 欧州特許出願公開第１４６２１５４号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１５６７３０号明細書 米国特許出願公開第２００８／００００８２７号明細書 欧州特許出願公開第１５４３９４５号明細書 欧州特許出願公開第１２１５０３７号明細書

それにもかかわらず、上記の各文献に記載されている支持構造物は、十分に剛性であるという利点を提供し、これは、大型の濾過モジュールにおいて、または膜が激しいバブリングにさらされる場合に、有益である。これは、特に、静水圧の低下により気泡が上昇するにしたがって気泡が膨張する、高さのある（すなわち深い）濾過システムに当てはまる。これによって、かなりの間欠的な横力がフィルタエレメント上で発生する。そのような場合、剛性を持つ支持体が、フィルタエレメントの横方向たわみを最小化するという利点を提供する。したがって、本発明の目的は、支持体の剛性の利点を保ち、さらに、特に膜層と支持体との間の相互作用に関する、従来技術の欠点を取り除くことである。

したがって、本発明の目的は、上記で段落５、段落６、および段落１８において説明した従来技術によるフィルタエレメントの同じまたは類似の裏張り構造を組み込み、そのうえ、高い効果的な逆洗圧で逆洗可能であり、したがって従来技術によるフィルタエレメントの欠点を示さない平面フィルタエレメントを提供することである。本発明の目的は、何ら問題を起こすことなく、濾過されていない液体からフィルタエレメントの膜層上への、上方への粘性抵抗を許容するフィルタエレメントを提供することである。

さらに、製造が容易で経済的なフィルタエレメントを提供することを目的とする。したがって、本発明の目的は、そのようなフィルタエレメントを製造する方法を提供することでもある。

したがって、本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載される平坦型または平面型の濾過エレメントが提供される。本発明に係る平面濾過エレメントは、平面支持構造物と、有利にはポリマー膜材料から作製される少なくとも１つの濾過層と、を備える。平面支持構造物は、第１の外表面層と第２の外表面層との間に延在するスペーシング部材によって離間されるとともに互いに固着された、対向する第１の外表面層と第２の外表面層とを備える。このスペーシング部材は、支持構造物の全体にわたって分布された多数の箇所に配置される。したがって、前記第１の外表面層と前記第２の外表面層との間には、濾過水を排出するように構成された排水区画が画定される。

前記第１の外表面層および前記第２の外表面層のうちの少なくとも１つは、外表面層の全体にわたって分布された貫通開口を備える。この貫通開口は排水区画と流体接続する。しかし、１つの利点として、貫通開口は、外表面層内に互いとの間の内部接続を持たない。１つの利点として、少なくとも１つの外表面層は、貫通開口を無視すると、外表面層の全体にわたって連続的に延在する材料から形成される。

少なくとも１つの濾過層は、貫通開口を含めて少なくとも１つの外表面層を覆う。発明の一態様によれば、濾過層の膜材料は貫通開口に入り込み、したがって排水区画に向かって突出部を形成する。１つの利点として、この突出部は貫通開口の寸法よりも大きい寸法を有し、したがって、アンダーカット型係止具を形成する。このような係止具は、支持構造物への濾過層の強力なアンカリングを提供する。

本発明の別の態様によれば、添付の特許請求の範囲に記載される上記の型の濾過エレメントを製造する方法が提供される。本発明の方法は、対向する第１の外表面層および第２の外表面層を備える平面支持構造物を用意するステップを含む。対向する第１の外表面層および第２の外表面層は、第１の外表面層と第２の外表面層との間に延在するスペーシング部材によって離間されるとともに互いに固着される。このスペーシング部材は、支持構造物の全体にわたって分布された多数の箇所に配置される。したがって、前記第１の外表面層と前記第２の外表面層との間には、排水区画が画定される。１つの利点として、外表面層は、外表面層の全体にわたって連続的に延在する材料から形成される。

本発明に係る方法では、前記第１の外表面層および前記第２の外表面層のうちの少なくとも１つ、場合によっては両方は、層の全体にわたって分布された多数の箇所に配設された貫通開口を備える。この貫通開口は排水区画と流体接続する。しかし、１つの利点として、貫通開口は、外表面層内に互いとの間の内部接続を持たない。

本発明に係る方法の次のステップでは、前記少なくとも１つの外表面層は、コーティングされた支持構造物を得るために、膜形成液体溶液でコーティングされる。この溶液は、少なくとも１つの外表面層の上にコーティング／塗布され、貫通開口に入り込む。その後、コーティングされた溶液から濾過層を得るために、少なくとも１つの膜形成ステップが、コーティングされた支持構造物に適用される。この濾過層は、有利にはポリマー膜材料から構成され、少なくとも１つの外表面層を覆う。さらに、膜形成ステップは、貫通開口に入り込んだ溶液にも影響を与え、濾過層から貫通開口を通って排水区画に向かって突き出す膜材料の突出部を形成する。突出部は、貫通開口の寸法よりも大きい寸法を有し、したがって、支持構造物に濾過層を係止するアンダーカット型係止具を形成する。

さらなる有利な態様は、従属請求項に記載されている。

次に、本発明の態様について、添付の図面を参照しながら、より詳細に説明する。添付の図面は非限定的である。

本発明に係る可能なフィルタエレメントの断面の斜視図である。 図１のフィルタエレメントの断面図である。 図１のフィルタエレメントの平面図である。 本発明のフィルタエレメントにおいて適切な支持構造物の非限定的な例を表す断面図である。 本発明に係るフィルタエレメントの別の例の断面図である。 本発明に係るフィルタエレメントのさらに別の例の断面図である。 本発明に係る濾過エレメントを製造するための可能なセットアップを表す図である。 孔のあいたＰＥＴホイルの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 膜材料を用いて前側をコーティングした後の、図８のホイルの裏側のＳＥＭ写真である。 図９のコーティングされたホイルの断面のＳＥＭ写真である。 膜層の細孔が概略的に表されている、本発明の態様に係る支持体および係合ヘッドを備えた膜層の拡大断面図である。

図１を参照すると、フィルタエレメント１０は、平面で有利には剛性を持つ支持構造物１１と、一方または両方の支持体表面１１１および１１２上の濾過層１２、１３と、を備える。したがって、支持構造物１１は、２つの対向する外表面、すなわち表面層１１１および１１２を備え、外表面１１１および１１２は、皮膚、シート、ホイル、さらには多層シートの外観を有してよい。外表面は、後で説明するように濾過（膜）層の係止を可能にするように設計された貫通開口１１５を備える。

外表面１１１および１１２は、排水構造によって離間される。この排水構造は、有利には、外表面１１１、１１２を離間させてこれらを互いに接続するスペーシング部材１１３の設備（installation）を備える。したがって、本発明に係る支持構造物は、２つの対向する係止ゾーンの間に挟まれた内部排水ゾーン、すなわち内部排水区画を区別する。この構成は、単一の形成ステップで１つのユニットとして一体的に生じさせられてもよいし、または別個のユニットとして区別可能な部品を１つに組み立てることによって生じてもよい。

スペーシング部材１１３自体は、２つの外表面１１１、１１２の間に排水ゾーンを設けるように離間される。この排水ゾーンは開放構造であり、濾過水を回収および排出することを可能にする。図示されるように、排水ゾーンを形成するスペーシングエレメントの設備はさまざまな設計を仮定してよく、述べた機能を実行可能ないかなる設計も本発明で使用されてよい。

スペーシング部材１１３は、縁部にだけ存在するのではなく、有利には支持構造物１１の全体にわたって分布され、有利には支持体の全体にわたって規則正しくまたは一様に分布された多数の箇所での互いへの外表面層１１１、１１２の固着を提供する。

スペーシング部材１１３は、図１に示されるように、支持構造物１１の１つの次元に沿って連続的にまたは間欠的に延在する隆起として成形され得る。スペーシング部材１１３は、Ｓ字形またはジグザグ形状を形成する線として配置されるなど、２つの次元に沿って延在することができる。同様に適切なスペーサ部材設備としては、柱、コブ、ひだ状のシート、波形のシートなどとして成形されるスペーサ部材を備えることができる。排水区画を設けながら、支持体外表面を有利には所定の距離で離間し、外表面を互いに固着させるスペーシング部材のいかなる設備も、本発明の範囲内で使用するのに好適である。

排水区画は、排出される濾過水または透過液の通路を伴う。これらの通路は、図１に示されるような流路１１４の形状を有することができるが、同様に適切な通路としては、内部では、一方向（unilateral）または多方向（multi-lateral）廊下、たとえば規則正しく配置されたコブ、すなわち隆起の中間の通路であってよい。スペーシング部材１１３もまた、多孔質で場合によっては液体透過性の材料または構造から形成されてよい。

以下でさらに説明するように、通路１１４は、フィルタエレメントから、たとえば回収機（図示せず）に向けて、透過液を排出する。

各通路が出口と流体接続する限り、すべての通路１１４が支持構造物１１自体内で相互接続されることは必要とされない。フィルタエレメントは、いくつかの出口を有することができる。

外表面１１１および１１２は貫通開口１１５を備え、貫通開口１１５は、有利には、濾過水を排水区画へと（通路すなわち流路１１４へと）伝えるための、穿孔などの、故意に作製された穴である。

図１から分かるように、貫通開口１１５は、外表面層１１１、１１２の外部を流路１１４に直接的に接続する。貫通開口は離隔された穴であり、外表面層１１１、１１２の内部で相互接続されておらず、これは、貫通開口が内部接続を有さないことを意味する。貫通開口１１５が相互接続されていない（すなわち、内部接続を有さない）ということは、水などの液体が、表面層内の１つの貫通開口から隣接する貫通開口に通過することが可能でないことを指す。貫通開口１１５を無視すると、支持体外表面が液体を透過可能でないことも意味する。この点に関して、表面層は、貫通開口を無視すると、多孔性であってよいが、細孔は相互接続されない、すなわち貫通開口１１５間の相互接続性を提供しないことに留意することは好都合である。

支持体外表面層１１１、１１２は、その中に作製された貫通開口１１５を無視するとき、表面の全体にわたって連続的におよび有利には均一に延在する材料から形成される。これは、貫通開口を除けば、支持体外表面は、連続的な、有利には均一な、および有利には破断のない中実の材料からなる表面を形成することを意味する。

支持体外表面層は、貫通開口を無視するとき、そのような細孔が相互接続されておらず、および／または液体透過性を提供しない限り、特定の多孔度を示すことができる。

相互接続された貫通開口のない表面層の重要性は、そのような表面層がより高い剛性を示すということに見出され得る。これは、本発明に係るフィルタエレメントで使用される支持構造物の剛性に有益である。

本発明に係るフィルタエレメントの支持構造物は、押し出し成形によって、積層によって、モールディングもしくは鋳造によって、ラピッドプロトタイピングによって、付加製造によって、または他の任意の使用可能な技法によって、作製され得る。支持構造物の構成要素、すなわち支持体外表面層１１１、１１２およびスペーシング部材１１３が、積層によって組み立てられる場合、これらの構成要素のすべてまたは一部は、押し出し成形、圧延、およびこのために使用可能な他の任意の技法によって、連続シート、フィルム、またはホイルから作製されてよい。

支持構造物１１（外表面１１１、１１２、およびスペーシング部材１１３）に適した材料としては、限定するものではないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＥＴ−Ｇ（グリコール修飾された）などの、場合によって共重合により修飾されたポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、非晶質ＰＥＴ（Ａ−ＰＥＴ）、ＰＥＴ−ＧＡＧ（Ａ−ＰＥＴコアを有する多層ＰＥＴ−Ｇホイル）、ナイロン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、およびポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）がある。支持構造物は、シート金属などの金属から作製されてよい。

貫通開口１１５は、支持構造物１１が一体的に作製されたまたは組み立てられた後でのみ、支持構造物外表面１１１、１１２内に作製可能である。あるいは、貫通開口１１５は、外表面が（たとえば積層によって）スペーシング部材に固着される前に、外表面内に形成可能である。

メッシュ開口は明らかに相互接続されているので、ファブリック内のメッシュは本発明で言及される貫通開口と見なされないことに留意することは好都合である。また、ファブリックは、外表面の全体にわたって連続的に延在する材料から作製されないので、一般に、本発明に係る支持体外表面層を構成することはできない。実際、ファブリックは、編み物であろうと、布であろうと、または不織布であろうと、一般に、複数のもつれて絡み合った繊維または糸からなる。特に、もつれまたは絡み合いの箇所では、材料構造は不連続性を示す。

したがって、支持体外表面層１１１、１１２は、有利には、ファブリック（編み物または布のどちらか）からならない。有利には、支持体外表面層１１１、１１２は、不織布ファブリックからならない。ファブリックとは、織物に形成された、絡み合ったおよび／またはもつれた繊維、フィラメント、または糸からのみなる任意の構造を指す。

しかし、支持体外表面層１１１、１１２は、繊維、フィラメント（モノフィラメント、マルチフィラメント）、または糸が、細孔／メッシュ間の接続を、したがって貫通開口１１５間の任意の相互接続をも閉じる基材に、埋め込まれる、またはこれに含まれる限り、繊維、フィラメント、または糸を含むことができる。有利には、基材は、支持体外表面層１１１、１１２を形成する固体（全固形分、多孔質を除く）の少なくとも２０体積％、有利には少なくとも３０体積％、有利には少なくとも４０体積％、有利には少なくとも５０体積％、有利には少なくとも６０体積％を占める。そのような基材は、熱可塑性材料から形成されてよい。あるいは、基材は、熱硬化性材料から形成されてよい。繊維、フィラメント、または糸は、ガラス、炭素、または玄武岩から作製可能である。

相互接続されていない貫通開口１１５を設けることによって、濾過水／透過液排出開口１１５の設置および寸法は、外表面層１１１、１１２の剛性特性に関して妥協することなく調整可能である。さらに説明するように、堅い（平面方向）、または非弾性的（非伸縮性）な外表面層１１１、１１２を使用する可能性を有することによって、特許文献７および特許文献８に記載される支持体などの剛性を持つ支持体を得ることが可能になる。従来技術によるこれらの支持体の剛性および堅さは、支持体への膜層の良好な取り付けを妨げるが、本発明者らはこの問題の解決策を見出した。したがって、本発明に係るフィルタエレメントは、１つの製品における２つの世界、すなわち剛性を持つ堅い支持体およびそのような支持体に対する類を見ない膜係止という利点を提供する。

貫通開口１１５を有する表面層（１１１、１１２）を含む支持構造物１１は、有利には、剛性を持つ。支持構造物１１は、有利には少なくとも１５０ＭＰａ、有利には少なくとも２５０ＭＰａ、有利には少なくとも３５０ＭＰａ、有利には少なくとも５００ＭＰａ、有利には少なくとも７００ＭＰａ、有利には少なくとも９００ＭＰａの曲げ弾性率を有する。この曲げ弾性率は、５０００ＭＰａよりも小さいかそれに等しい、有利には５０ＧＰａよりも小さいかそれに等しい、有利には１００ＧＰａよりも小さいかそれに等しくすることができる。

示された曲げ弾性率の値は、ＩＳＯ規格１７８に基づいて、および支持体外表面に垂直な方向に支持構造物の全厚にわたる試験片の厚さを有する長さ８０ｍｍおよび幅１０ｍｍの試験片に基づいて決定されてよく、試験片の長さは、外表面層の面と平行な軸に沿ってすべて向けられ、屈曲に対して最も高い抵抗を有する。試験台は、ＩＳＯ１７８によるスパンＬが７０ｍｍと測定されるように構成されるべきであり、５ｍｍ／分の速度が使用されるべきである。

支持構造物の要素、すなわち支持体外表面および場合によってはスペーシング部材が、本質的に可撓性である場合であっても、曲げ弾性率の上記の値は得ることができることに留意することは好都合である。これは、支持体外表面によって区切られた剛性を持つ足場のような構造またはパネルを得るように、有利には剛性を持つ方法でスペーシング部材を両方の支持体外表面層に固着することによって、および非伸縮性で有利には堅い支持体外表面層を使用することによって、達成可能である。

本発明に係る支持構造物の剛性および曲げ弾性率は、そのような構造に、ガラス繊維、炭素繊維、または玄武岩繊維で強化された材料などの繊維強化された高分子材料を使用することによって、増加可能である。

濾過層、すなわち膜層１２、１３は、各外表面１１１、１１２の上に設けられる。濾過層、すなわち膜層１２、１３は、この技術分野で知られている任意の（ポリマー）膜材料から作製されてよい。本発明によれば、濾過層１２、１３は、外表面１１１および１１２上に直接的に形成され、あらかじめ作られたフィルタ層の使用を回避する。

したがって、濾過層１２、１３を形成する液体調合物（すなわち膜形成ドープ）が支持体外表面１１１、１１２上に塗布される。したがって、この液体調合物は、貫通開口１１５を含む外表面層１１１および１１２を覆う。特に、貫通開口１１５の寸法、出現率、および設置、ドープの粘度および送り速度の適切な選択によって、液体ドープは、さらに貫通開口１１５内へと入り込むが、通路１１４を詰まらせることはない。相分離プロセスなどによる膜ドープの固化の後、膜層１２、１３は、支持体外表面１１１、１１２に貫通開口１１５の中で強く物理的に係止される。

図２は支持構造物１１の断面図を示し、膜材料は、外表面１１１および１１２上に濾過層１２、１３を形成する。さらに、膜材料は貫通開口１１５に入り込んで、外表面層１１１および１１２それぞれの裏（内）側１１６、１１７に突出部を形成する。そのような突出部は栓として作用し、貫通開口１１５の（最も小さい）寸法を超える寸法を有し、したがって支持体外表面１１１と係合する、ヘッド１２２の形であってよい。ヘッド１２２は、貫通開口１１５を通って延びるステム１２１を介して濾過層１２、１３に接続され、したがって、支持構造物１１に濾過層１２、１３を係止する。

貫通開口１１５は、優先的には、支持体外表面１１１、１１２上に一様にまたは規則正しく分布され、したがって、濾過層１２、１３用の対応する分布された係止箇所が支持体外表面１１１、１１２内で得られる。

したがって、ヘッド１２２およびステム１２１は、一種のアンダーカットであるマッシュルーム形の突出部を形成し、突出部と外表面層１１１との間で噛み合うことによって、濾過層１２、１３の係止を提供する。アンダーカットは、モールディングおよびエッチング技術から採用された用語であり、本発明に関して、本体が貫通開口１１５を通って外部に向けて（濾過層１２に向けて）取り出されるまたは押し出されることを防止する本体の形状を指す。アンダーカットが成形された本体は、中または周囲にアンダーカットが成形された本体と噛み合う。これは、第２の場所における貫通開口１１５の寸法よりも大きな寸法を第１の場所で有する突出部によって達成され、この第２の場所は濾過層と第１の場所との間に置かれ、または、この第２の場所は第１の場所に対して外側に位置する。この点に関して、図５に関してさらに説明されるように、第１の場所は、（裏側１１６、１１７のところで）貫通開口を越えて位置する必要はないが、貫通開口に沿ってまたはこの内部に位置されてよいことに留意することは好都合である。突出部１２１、１２２は、濾過層と一体的に形成されるので、アンダーカットは、支持体への濾過層の係止を提供する。コーティングパラメータに応じて、隣接する突出部のヘッド１２２は、表面層１１１、１１２の裏側１１６、１１７で互いと接触するまたは一体になってよいことに留意することも好都合である。

図２を再び参照すると、外表面層１１１、１１２と濾過層１２、１３との間の境界面はそれぞれ、突出部１２１、１２２を除いて略平坦であることが明白になるであろう。この略平坦な境界面は、有利には表面層１１１、１１２の外表面の平面に等しい平面を有し、離隔された貫通開口の間に延在する。

濾過は主に、徐々に大きくなる内部細孔と相互接続された濾過層１２、１３の表面細孔によって決定されるので、層１２に入る濾過水は、貫通開口１１５に向かって容易に伝わることができ、貫通開口１１５から内部排水構造内の通路１１４へと導かれる。したがって、貫通開口１１５内に膜材料が入り込んでも、濾過水の流動に否定的な形で影響を与えない。

したがって、膜層すなわち濾過層１２、１３は、多数の分布された箇所で支持構造物１１の外表面層１１１、１１２に効果的に係止可能であることが得られる。これによって、膜は、濾過されていない液体が沿って流れることから粘性抵抗に耐えるだけでなく、類似の支持構造物を有する従来技術による濾過エレメントと比較して高い逆洗圧にも耐えることが可能になる。そのうえ、貫通開口の数および寸法は支持体の曲げ強さにわずかしか影響を与えないので、かつスペーシング部材の設備によって提供される剛性には影響は与えられないので、本発明に係る濾過エレメントの支持構造物は、従来技術の剛性と同等の剛性を有する。

実施に対して、図３を参照すると、支持構造物１１は、その縁部１５１〜１５４に沿って液密にシールされ、カートリッジ１５を形成し、すべての通路１１４はカートリッジ１５の主出口１４と連通する。濾過層１２は、有利には、（超音波）溶接、積層、または接着などによって、その縁部１５１〜１５４に沿って支持構造物１１（外表面１１１）に液密にシールされる。これは、（溶接）シーム１２３を提供することができる。したがって、支持構造物１１の周縁部１５１〜１５４に沿って、支持体外表面１１１、１１２は、有利には、貫通開口１１５を備えない。

支持構造物および場合によっては濾過層に枠を作ることなどによって、縁部をシールする他の方法が可能であることに留意することは好都合である。

係止箇所（開口１１５）においても同様であるが、膜層１２、１３が全体にわたって（空間のすべての方向に）多孔性であること、および膜層は、フィルタエレメント１０の縁部領域を除いて、膜を局所的に非多孔性にする、溶接シームなどのさらなる係止手段を備える必要はないことに留意することも好都合である。膜層内部の細孔は、相互接続されることに留意されたい。

図１から図３に示される、支持構造物、特にスペーシング部材の設備設計は、本発明で使用可能な、考えられるスペーシング部材機構の一例にすぎない。適切な支持構造物はこの技術分野で知られており、たとえば、マクロロン（登録商標）マルチＵＶシート（ドイツ、バイエル社）などのリブ付きの二重スキン層にされた（double-skinned）ポリカーボネートシートを形成する、熱可塑性ポリマーの押し出し成形によって得られることができる。他の適切な例は、特許文献９に記載されているＰＯＬＩＳＮＡＫＥ（登録商標）ポリカーボネートパネル（スイス、Politec Polimeri Tecnici SA）、ポリプロピレンＫＩＢＯ ＸパネルおよびＫＩＢＯ Ｍパネル（ドイツ、KIBO Kunststoffe GmbH）、ならびにＴＲＩＰＬＥＸ３およびＴＲＩＰＬＥＸ５の複合体（TRIPLEX 3 and TRIPLEX 5 composites）（TRIPLEX Kunststoffe GmbH）である。外側スキンがコブによって離間された、特許文献３または特許文献１０に記載されている３層（tri-laminate）、または両面リブ付きシートへの２枚のシートの積層によって作製された３層など、または２層（bi-laminate）（２枚の積層されたリブ付きシート）などの積層パネルも適切である。

上記の構造では、支持体外表面層１１１、１１２間のスペーシング部材１１３は、濾過水の排出を保証する通路１１４を形成することを可能にする限り、さまざまな形状または外形を仮定することができる。図４は、支持構造物、具体的にはスペーシング部材の設備、たとえばＨ字形、Ｍ字形、またはＸ字形のいくつかの例の断面図を表す。例を挙げると、支持構造物４１〜４３は、まっすぐな隆起１１３、４１３、４２３に加えて、またはこれらの代わりに、斜めの接続部材４１４、４２４、４３４を備える。この斜めの接続部材は、支持構造物の曲げ剛性を増加させることを可能にする。

本発明に係る支持構造物として機能するために、上述の支持構造物の外表面層は、レーザによって、または、たとえば有利にはホットニードルパンチング（hot needle punching）などのパンチング、穴あけなどの機械的穿孔技法などによって穿孔され、貫通開口１１５を提供する。貫通開口１１５は、互いから離隔されており、有利には規則正しいパターンで配置され、有利には支持体外表面層１１１、１１２上で一様に分布される。

支持構造物が積層によって作製される場合、貫通開口１１５は外表面を形成するシートとして作製可能であり、その後で、このシートを積層して支持構造物を形成する。

貫通開口は、有利には、０．１ｍｍよりも大きいかそれに等しい、有利には０．２ｍｍよりも大きいかそれに等しい、有利には０．３ｍｍよりも大きいかそれに等しい、（最も大きい）直線的な寸法（linear size）を有する。貫通開口は、有利には、２ｍｍよりも小さいかそれに等しい、有利には１．５ｍｍよりも小さいかそれに等しい、有利には１．２ｍｍよりも小さいかそれに等しい、有利には１．０ｍｍよりも小さいかそれに等しい、寸法を有する。貫通開口があまりにも小さすぎると、膜材料が開口内に効果的に入り込むことが妨げられ、あまりにも脆弱な係止が提供される。この結果、逆洗圧抵抗があまりにも低くなる。穴があまりに大きすぎると、膜ドープを有する流路排水層が詰まり、これによって、内部の流れ抵抗が著しく増加し、あまりにも大量の膜ドープが必要とされる。さらに、滑らかなコーティングは、穿孔があまりにも大きいときに問題がある場合があり、開口が大きいことによって、支持体の機械的強度をかなり減少させる。

支持体外表面は、有利には少なくとも２％、有利には少なくとも５％、有利には少なくとも１０％、有利には少なくとも１５％、有利には少なくとも２０％、有利には少なくとも２５％、有利には少なくとも３０％、有利には少なくとも３５％の開口面積（open area）（貫通開口による多孔率）を示す。この開口面積は、有利には最大で７０％、有利には最大で６０％、有利には最大で５５％、有利には最大で５０％である。支持体外表面の開口面積は、有利には、一方では、支持体外表面層を通る十分な流動を提供するには、あまり小さくすべきではないが、他方では、支持構造物の剛性を損なわないために、あまり大きくすべきでもない。開口面積とは、外表面（貫通開口を含む）の単位総面積あたりの貫通開口の面積を指し、パーセンテージ値で表される。外表面の総面積を定義する際に、膜層が液密にシールされる周縁部は無視される。

貫通開口１１５の断面形状に対する制限はなく、すなわち貫通開口１１５は、円形、方形、多角形、星形、またはスリット形の穴であってもよいし、他の任意の適切な形状の穴であってもよい。

有利には、貫通開口は、１に等しい湾曲率（片側から反対側へ行くための穴を通る最短路の長さとこの２つの側の間の垂直距離の比と定義される）を有する。後で詳しく説明するように、これによって、膜材料が貫通開口に入り込むことが容易になり、透過性が増加し、膜の均等な係止効果を得ることが容易になる。

１に等しい湾曲率は、貫通開口の形状が、有利には角柱または円柱、有利には直角柱または直円柱の形状であることを意味する。有利には、貫通開口は、支持体外表面層の厚さの全体にわたって特定の断面を有する。貫通開口の形状は、円錐台とすることもでき、有利には、円形底面、または多角形底面、または他の任意の適切な形状の底面を持つ直円錐から生じることができる。

上記で既に述べたように、アンダーカットを提供する形状などを用いて、物理的（機械的）係止効果が得られる限り、膜材料が貫通開口１１５を通り、これを越えて完全に入り込むことは必要とされない。図２に関して示されるように、係止効果は、有利には、係合によって機械的に提供される。膜材料の貫通部１２１、１２２は、貫通開口１１５の中でマッシュルーム状の栓として作用する。図５を参照すると、貫通開口の断面形状によっては、膜材料が貫通開口を越えて入り込む必要はないことが明らかになる。図５に示されるように、貫通開口５１５は、アパーチャが支持構造物の内部に向かって拡大するように、たとえば斜めの壁、すなわち傾斜した壁を有してよい。その場合、膜材料の突出部５２１は、貫通開口５１５を、部分的にのみ満たすことができる。そうすることによって、突出部は、したがって、層５１１の外表面において貫通開口５２５のアパーチャに対してアンダーカットを形成する円錐形状を得て、それによって、支持体外表面５１１に対する膜層５２の十分な係止を提供する。

図６は、図２および図５の構成の代替構成を有する平面濾過エレメント６０を示す。支持構造物の外表面層は、穿孔された２つのシートすなわち６１１および６１８を積み重ねることによって形成される。シート６１１および６１８は両方とも、同じパターンまたは対応するパターンで配置された貫通開口６１５を特徴とする。ただし、外側シート６１８の開口すなわち穴は、内側シート６１１の対応する開口、すなわち穴よりも小さい。シート６１１および６１８は、有利には、対応する貫通開口が同軸状に位置合わせされるように設置される。その後、シート６１１および６１８は、溶接、接着、または積層などによって固着される。

図６の支持構造物は、たとえば図１および図２の支持構造物１１に類似しているが、場合によっては、図１および図２の開口１１５よりも大きな貫通開口を持つ支持構造物６１の提供によって得られる。穿孔されたホイルまたはシート６１８は、支持構造物６１の外表面層６１１の上に積層されてもよいし、別の方法で固着されてもよい。

膜層６２を生じさせるために外側シート６１８上に膜ドープを塗布するとき、ドープは貫通開口６１５に入り込み、外側シート６１８の裏側まで延在するマッシュルーム状の栓を形成する。この栓は、外側シート６１８に膜層６２を係止する外側シート６１８の貫通開口６１５に対してアンダーカット型係止を形成する係合ヘッド６２２を備える。ヘッド６２２は、効果的な係止を提供するために、外側シート６１８と係合することのみを必要とする。

上記の構成の利点は、外側シート６１８を薄くすることができ、したがって、栓を形成するために必要とされるドープ材料の量は最小化可能であることである。同時に、内側シート６１１の厚さは必要に応じて選択可能であるので、支持構造物の剛性は影響を受けない。

貫通開口１１５、５１５、６１５の縁部が十分滑らかにされたとき、最も効果的な係止突出部が、有利には、得られる。したがって、貫通開口周囲の余分なばりは、回避されるべきである。

図１を再び参照すると、それは、膜層１１、１２の厚さが最小化可能であるように支持体外表面層１１１および１１２の外表面が十分に滑らかにされたとき、有利である。

有利には、表面層１１１、１１２の外表面は、十分に均一な厚さの濾過層のコーティングを可能にするために、適切に平面である。有利には、表面層１１１、１１２の外表面の最も外側（最も高い）箇所および最も内側（最も低い）箇所をそれぞれ通る平行な２つの面の距離は、１０００μｍよりも小さく、有利には７５０μｍよりも小さく、有利には５００μｍよりも小さい。平面測定は、１００ｍｍの辺を持つ方形試料に対して行われる。

有利には、支持体外表面１１１および１１２は、少なくとも１００μｍ、有利には少なくとも１５０μｍ、有利には少なくとも２００μｍの厚さを有するシート、ホイルまたはスキンによって形成される。そのようなスキン、ホイル、またはシートは、有利には、７５０μｍを超えない厚さを有する。外表面１１１、１１２、およびスペーシング部材１１３を含む支持構造物１１全体は、有利には、２ｍｍから５０ｍｍの間、有利には４ｍｍから５０ｍｍの間の範囲に含まれる厚さを有する。

（外表面１１１、１１２上をコーティングされた）（乾燥）膜層１２、１３の厚さは、有利には５００μｍよりも小さいかそれに等しく、有利には４００μｍよりも小さいかそれに等しく、有利には３００μｍよりも小さいかそれに等しく、有利には２５０μｍよりも小さいかそれに等しく、有利には２００μｍよりも小さいかそれに等しい。そのような厚さは、有利には２５μｍよりも大きいかそれに等しく、有利には３０μｍよりも大きいかそれに等しく、有利には４０μｍよりも大きいかそれに等しく、有利には５０μｍよりも大きいかそれに等しい。

有利には、突出部の係合ヘッド１２２、６２２および他のアンダーカット型形状５２１は、貫通開口１１５の（最小の）寸法よりも大きい、有利には少なくとも５％大きい、有利には少なくとも１０％大きい、有利には少なくとも１５％大きい、有利には少なくとも３０％大きい、断面直線的な寸法を有する。係合ヘッド１２２、６２２は、有利には、少なくとも５０μｍの高さ（外表面に垂直な方向に、その裏側から測定される）を有する。図６の場合、高さが外側シート６１８の裏から計算されることに留意することは好都合である。高さは、有利には、５０μｍから２５０μｍの間の範囲に含まれる。

膜層１２、１３は、図７に示される二重型コーティングシステムを用いて、支持構造物１１上およびその中へ直接的に塗布および形成可能である。このシステムでは、支持構造物１１は、矢印によって示されるように、二重型コーティングシステム７０によって連続的に、および有利には垂直に、送られる。二重型コーティングシステム７０は、互いに向き合うように配置された２つのコーティング装置７１および７２を備える。各コーティング装置７１、７２は、溝コーティングのために使用される種類のものであり、膜ドープが定量ポンプ（図示せず）によって供給される分布チャンバ７０１を備える。溝７０２が、分布チャンバから出口に延在する。コーティング装置７１および７２の出口は、互いに向き合うように配置され、支持構造物がその中間に供給されるとき、各出口が支持体外表面１１１、１１２に面するように離間される。略平坦なリップ７０３および７０４はそれぞれ、溝出口の上流側および下流側に延在する。

支持構造物１１がコーティング装置７１、７２の間に略垂直に運ばれる間、あらかじめ計量された実質的に同一量の膜形成ドープ（液体）は、コーティング装置７１および７２の溝７０２によって支持体外表面１１１および１１２に供給される。膜形成ドープは、両方の支持体外表面層上に塗布され、それによって貫通開口１１５に入り込む。ドープ粘度およびドープ供給速度の注意深い調整によって、ならびに貫通開口１１５の寸法および出現率の適切な選択によって、ドープが、開口１１５を通って外表面の裏側で延在するマッシュルーム状の栓を形成するが、流路１１４を詰まらせることはないことを実現することができる。

本発明に係る方法において、高粘度ドープを使用することは、有利である。そのようなドープは、有利には、７５℃で少なくとも５０Ｐａ．ｓ、有利には少なくとも１００Ｐａ．ｓの粘度を有する。粘度は、直径３５ｍｍの２つのチタンディスクを使用するHAAKE MARS回転式レオメータ（ドイツ、Thermo Electron）を用いて測定可能である。貫通開口のコーティングおよびアンダーカット／係合ヘッドの形成を可能にすることに加えて、そのような高粘度ドープはまた、高い粘着強度（cohesive strength）を持つ膜、したがって高抵抗の膜層を得ることを可能にする。これは、従来技術で一般に使用されてきたような低粘度ドープでは不可能である。

上述の高粘度ドープは、したがって、約８０％よりも小さいかそれに等しい、有利には約５０％から約８０％の間の範囲に含まれる、総多孔率を有する膜層を得ることを可能にする。総多孔率は、（１−膜材料の相対的密度）に１００％を乗算したものとして計算される。

コーティングされた／含浸された支持構造物は、次に、この技術分野で知られている１つまたは複数の膜形成ステップに供され、ドープが、広範囲の細孔の寸法および細孔構造を持つ固体膜を形成することを可能にする。これは、膜凝集とも呼ばれる。有利なドープ形成技法としては、液体誘起相分離（ＬＩＰＳ）、蒸気誘起相分離（ＶＩＰＳ）があり、場合によっては熱誘起相分離（ＴＩＰＳ）もある。これらのプロセスはすべて、転相とも呼ばれる。すなわち、膜形成ドープは膜ポリマーの溶液から構成される。ドープは、その後、ポリマー溶液の分離を誘発するために膜ポリマー用溶媒のない流体と接触させられる。ポリマーは沈殿し、したがって膜を形成する。

転相は、コーティングされた支持構造物１１が二重コーティングシステム７０を出るとき、コーティングされた支持構造物１１を、非溶媒を含む液浴７３中に浸漬することによって得られる。さらに、またはあるいは、非溶媒の濃縮蒸気、または非溶媒を含む液体の濃縮蒸気は、二重コーティングシステム７０の真下で維持可能である。そのような濃縮蒸気は、膜層の外表面に所望の表面細孔を形成する際に助けとなる。

いわゆる対称な膜層１２、５２、６２を得るために、膜の裏側、すなわち、それぞれ図２、図５、図６の突出部１２２、５２１、および６２２も、非溶媒を含む液浴７３および／または非溶媒の濃縮蒸気と接触させることが有利である。これは、流路１１４が浴７３の液体および／または濃縮蒸気を流路１１４に自由に入らせることを確実にすることによって得られる。

対称な膜層とは、膜を横切って対称な細孔の寸法の分布を有する膜層を指す。すなわち、膜層の外側表面側の細孔は、膜層の中央、すなわち中心部の細孔よりも小さい。図１１は、本発明にしたがってシート１１１０上に形成される、膜層１２００内の対称な細孔の寸法の分布を示す。そのような対称な細孔の寸法の分布では、シート１１１０の裏側にある係合ヘッド１２２０の外側領域１２２１は、膜層１２００の外側領域１２０１にある細孔に（寸法および形状が）類似した細孔を特徴とする。膜層の中心部１２０２内（したがって、同様に突出部／係合ヘッド１２２０の中心部１２２２内）の細孔１２０３は、少なくとも１桁大きい。より小さな細孔の寸法を持つ外側領域１２０１および１２２１は、膜層のスキンと呼ばれる。濾過特性を決定するのは、スキン層１２０１すなわち濾過エレメントから離れた方に向いた外表面層内の細孔の寸法である。

膜層の裏側にスキン１２２１を設ける、すなわち排水区画に面する、利点は、スキン層１２２１が逆洗洗浄（すなわち、内部流路１１４から外部の方へ濾過エレメントを洗浄すること）中の圧力損失の原因であり、したがって外側スキン領域１２０１に対して及ぼされる圧力を減少することである。実際、内側の大きな細孔１２０３は、わずかな圧力損失（これは、膜の透過性に有益である）の原因であり、「内側」スキン１２２１がなければ、圧力損失全体のほとんどは逆洗洗浄中の「外側」スキン１２０１に向けられ、それによって、「外側」スキン１２０１が膜中心部１２０２から引き裂かれ、膜が修復できないほど損傷する。

したがって、通常の濾過動作（外部から内部へ）中、主な圧力損失は、外側スキン領域１２０１で起こり、したがって、外側スキン領域１２０１を内部へ支持体１１１０の方へ押し、これに、膜は容易に耐えることができる。逆洗洗浄中、主な圧力損失は、内側スキン領域１２２１で起こり、内側スキン領域１２２１を中心部１２０２の方へ押す。これは問題ではない。なぜなら、ヘッド１２２０は、そのような負荷に耐えるのに十分な、支持体１１１０との係合をもたらすからである。その結果、いかなる状況下でも、膜の完全性は、維持され、そのうえ、はるかに高い逆洗圧力が使用可能である。

本発明に係るフィルタエレメント１０の支持構造物１１は、一般に剛性があるので、支持構造物１１をコンベアチェーンに取り付けることなどによって個々の支持構造物１１が二重コーティングシステム７０によって浴７３へと連続的に運ばれる半連続的プロセスが提案される。二重コーティングシステム７０は、次に、通過する支持構造物１１の出現時のみ膜ドープを計測するように構成可能である。

膜層１２、１３から残留物質を除去するために、膜形成ステップまたは膜凝固ステップの後に、洗浄ステップが設けられてよい。最後に、膜が残され、乾燥ステップで乾燥可能である。

後処理ステップは、縁部における膜層のシーリング（たとえば超音波溶接による）と、支持構造物をシールしまたは形作り、それによって、カートリッジを作製することを含むことができる。

二重コーティングの代替形態は、既知の技法によって２つの支持構造物表面を連続的にコーティングすることである。一方の側での膜形成の後、逆の側で支持構造物が処理されてよい。

別の代替形態は、支持構造物を一方の側のみコーティングすることである。このために、コーティング装置（ダイ）７１または７２のうち１つのみが設けられる片側コーティングシステムが用いられる。そのような場合、コーティング中に、図７に示されている垂直方向ではなく水平方向に支持構造物を配置することが有利なことがある。コーティング装置７１、７２は、次に、図７に示されている水平方向ではなく垂直方向に位置決めされなければならない。

片側コーティングによって、一方の側（１つの外表面層）のみ膜層でコーティングされた支持構造物を得ることができる。次に、２つの支持構造物が、対向する外面に膜層を持つ平面フィルタエレメントを形成するように、互いに対してコーティングされていない外表面を持って配置される。

コーティング装置７１および／または７２（二重または片側）を用いてのコーティングの代替形態として、膜溶液は、ドクターブレードでコーティングする。

さらに、ドクターブレードは、余分な膜溶液をこすり落とし、コーティング表面を滑らかにするために、コーティング装置７１および／または７２の下流に設けてよい。そうすることによって、膜表面内の貫通開口の場所における、いわゆる「谷」の発生は減少され、さらには防止されることすらある。

その結果として、支持構造物上で膜層が直接的に形成されることにより、従来技術に対して、より単純な製造方法が可能になる。従来技術では、膜層は、場合によっては強化された、すべての機能を備えた膜として、あらかじめ作製され、後で支持体上に配設され、縁部に沿ってシールされる。通常、あらかじめ作製された膜と支持体との間には、フェルト状のガーゼ層が配設される。従来技術によるカートリッジにおける膜層の適切な塗布および設置は、時間のかかる困難な作業であることがあるが、これは、本発明では完全に回避される。したがって、本発明のフィルタエレメントは、より経済的に製造可能である。

そのうえ、本発明では、上述の従来技術による膜と同等の厚さを有する膜層１２、１３が支持構造物状に形成可能である。

膜層は、好ましくは、場合によっては親水性充填材と、場合によっては有機結合材と、を含む。充填材は有機物であってよく、有利には、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、架橋ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンオキシドからなる群から選択される。充填材は、ＴｉＯ_２、ΗｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｚｒ_３（ＰＯ_４）_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ペロブスカイト酸化物粉末材、および炭化ケイ素などの無機物であってよい。上記の有機材料と無機材料の組み合わせも充填剤として使用可能である。有機結合材は、有利には、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、アセチルセルロース、トリアセチルセルロース、およびこれらのグラフトされた変種からなる群から選択される。

膜ドープは、任意の種類のポリマー結合材（前述の有機結合剤など）と、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルアセテート（dimethylacetate）（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、またはＮ−エチル−２−ピロリドン（ＮＥＰ）などの非プロトン溶媒と、充填材（前述の有機物の充填材など）と、を含んでよい。転相に使用される非溶媒は、液状の水であってよいし、水と非プロトン溶媒との混合物であってもよい。

両方の支持構造物外表面上に膜層を備える濾過エレメントが説明されてきたが、膜層が支持構造物１１の片側のみに設けられるフィルタエレメントも製造可能であることは明らかであろう。その場合、コーティングされていない外表面が貫通開口１１５を備える必要はない。

本発明に係るフィルタエレメントは、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透、順浸透、圧力遅延浸透、メンブレンバイオリアクター、浸透気化、膜蒸留、支持液膜、分離（pertraction）、膜吸着器（membrane absorber）、酵素反応器、および他の膜接触器（contractor）などの適用例において使用可能である。

（実施例）
実施例１：本発明に係るフィルタエレメントの実現可能性を試験するために、３０％の開口面積（多孔率）を得るように、厚さ２５０μｍのＰＥＴホイルを直径０．５５ｍｍの穴で穿孔した。得られたホイルのＳＥＭ写真が図８に示されており、貫通開口は８１５で表されている。そのようなホイルは、本発明に係る支持構造物を形成するために、積層されてもよいし、別の方法で固着されてもよい。

実施例２：５０％の開口面積を得るように、同じ種類のホイルを直径１．５ｍｍの穴で穿孔した。

実験のため、膜の接着性を試験するために、実施例１および実施例２の両方のホイルは、上述の支持構造物を形成するように積層せず、厚さ約１００μｍ（乾燥）の膜層を上に形成するために膜ドープで片側をコーティングした。膜ドープの組成は、２０重量％のポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、１０重量％のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）種類Ｋ９０、６１重量％のＮＥＰ、および９重量％のグリセロールであった。膜ドープの粘度は２０℃で１５０Ｐａｓであった。膜ドープをドクターブレードによって縁部支持ホイルに塗布し、厚さ約１５０μｍの湿ったコーティング層を残した。コーティング中、ドープが穿孔に入り込み、開口を通ってホイルの裏側にマッシュルーム形突出部を形成した。

ドープを凝固させ、限外濾過表面細孔（寸法は０．１μｍよりも小さい）を形成するために、コーティングしたホイルを、６５重量％の水および３５重量％のＮＥＰから構成される浴中に浸漬した。その後、コーティングしたホイルを５０℃の水で洗い、これに続いて、ｐＨ７．５、４０００ｐｐｍのＮａＯＣｌ溶液で３０分処理し、これに続いて、再び５０℃の水で洗った。その後、コーティングしたホイルを１０重量％のグリセロール溶液に浸漬し、一晩放置した。後者のステップによって、乾燥中の細孔の崩壊が防止される。次に、コーティングしたホイルを周囲条件で放置して乾燥させた。

精密濾過膜の場合、より大きな表面細孔が必要とされ（寸法は０．１から０．５μｍの間）、この孔は、３５重量％の水と６５重量％のＮＥＰとを含む凝固浴槽を用いて、さらに上述の処理を行って、得ることができることに留意することは好都合である。そのような大きな細孔では、細孔の崩壊は起こらないので、上述した一晩のグリセロールによる処理は必要とされない。

ホイルの上の、得られた乾燥した膜の厚さは、約１００μｍであった。図９および図１０は、実施例１のコーティングしたホイルのそれぞれ裏側および断面のＳＥＭ写真を示し、両方とも係合ヘッド９２２を示す。さらに、図１０は、支持体ホイル９１１、膜層９２、および膜層９２と係合ヘッド９２２との間の、膜材料のステム９２１で充填された貫通開口９１５を示す。

膜の係止を試験するために、各ホイル（実施例１および実施例２）から、直径３４ｍｍの円形断面を有する３つの試料を採取し、２つのフランジの間に連続的に固着させた。逆洗周期をシミュレートするために、水よりも５０倍高い粘度を有する液体（Baysilone Fluid M50、Bayer）を使用して、ホイルの裏側で（係合ヘッドの側で）圧力を上昇させた。膜層がいつホイルから分離したか分かるほど、圧力を増加させた。表１は、両方の実施例の試験結果を示す。実施例１のホイル上にコーティングされた膜は、５バールを超える背圧に耐えることができるが、実施例２のホイル上にコーティングされた膜は、１．４バールの平均圧力で分離する。

１０ フィルタエレメント
１１ 支持構造物、膜層
１２ 濾過層、膜層
１３ 濾過層、膜層
１４ 主出口
１５ カートリッジ
４１ 支持構造物
４２ 支持構造物
４３ 支持構造物
５２ 膜層
６０ 平面濾過エレメント
６１ 支持構造物
６２ 膜層
７０ 二重型コーティングシステム、二重コーティングシステム
７１ コーティング装置
７２ コーティング装置
７３ 液浴
９２ 膜層
１１１ 外表面層、支持体表面、外表面、表面層、支持体外表面層、支持構造物外表面、支持体外表面
１１２ 外表面、外表面層、支持体外表面層、支持構造物外表面、支持体外表面、表面層
１１３ スペーシング部材、隆起
１１４ 流路、通路、内部流路
１１５ 貫通開口、濾過水／透過液排出開口、開口
１１６ 裏側
１１７ 裏側
１２１ ステム、突出部、貫通部
１２２ ヘッド、突出部、係合ヘッド、貫通部
１２３ シーム
１５１ 縁部
１５２ 縁部
１５３ 縁部
１５４ 縁部
４１３ 隆起
４１４ 接続部材
４２３ 隆起
４２４ 接続部材
４３４ 接続部材
５１１ 層、支持体外表面
５１５ 貫通開口
５２１ 突出部、アンダーカット型形状
５２５ 貫通開口
６１１ シート、内側シート、外表面層
６１５ 貫通開口
６１８ シート、外側シート
６２２ 係合ヘッド
７０１ 分布チャンバ
７０２ 溝
７０３ リップ
９１１ 支持体ホイル
９１５ 貫通開口
９２１ ステム
９２２ 係合ヘッド
１１１０ シート、支持体
１２００ 膜層
１２０１ 外側領域、外側スキン領域、スキン層、スキン
１２０２ 中心部
１２０３ 細孔
１２２０ 係合ヘッド
１２２１ スキン、スキン層、内側スキン領域、外側領域
１２２２ 中心部

Claims (20)

1. 剛性を持つ平面支持構造物と、膜材料から作製された少なくとも１つの濾過層と、を備え、
   前記平面支持構造物が、対向する第１の外表面層と第２の外表面層の間に延在するスペーシング部材によって前記平面支持構造物の全体にわたって分布された多数の箇所で離間されるとともに互いに固着され、したがって前記第１の外表面層と前記第２の外表面層との間で、濾過水を排出するように構成された排水区画を画定する、前記第１の外表面層および前記第２の外表面層を備え、前記第１の外表面層および前記第２の外表面層のうちの少なくとも１つの外表面層が、前記排水区画と流体接続する貫通開口を備え、前記貫通開口が、前記外表面層の全体にわたって分布されるとともに前記外表面層内に互いとの間の内部接続を持たず、
   前記少なくとも１つの外表面層が、前記貫通開口を無視すると、前記第１の外表面層および前記第２の外表面層の全体にわたって連続的に延在する材料から形成され、かつ
   前記少なくとも１つの濾過層が、前記貫通開口を含めて前記少なくとも１つの外表面層を覆う、平面濾過エレメントであって、
   前記濾過層の膜材料が、前記少なくとも１つの外表面層の上に直接形成され、かつ、前記貫通開口に入り込み、したがって前記排水区画に向かって突出部を形成し、前記突出部が前記貫通開口よりも大きく、したがって前記平面支持構造物に前記濾過層を係止するアンダーカット型係止具を形成することを特徴とする、平面濾過エレメント。
2. 前記第１の外表面層および前記第２の外表面層の両方が前記貫通開口を備え、かつ両方が前記濾過層で覆われ、前記膜材料が前記貫通開口に入り込み、したがってアンダーカット型係止具を備える前記突出部を形成する、請求項１に記載の平面濾過エレメント。
3. 前記少なくとも１つの外表面層および前記濾過層が、前記貫通開口の間に延在する略平坦な境界面を示す、請求項１または２に記載の平面濾過エレメント。
4. 前記平面支持構造物が、少なくとも１５０ＭＰａの曲げ弾性率を有する、請求項１または２に記載の平面濾過エレメント。
5. 前記貫通開口が、穿孔である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
6. 前記少なくとも１つの外表面層の単位総表面積あたりの前記貫通開口の面積が、２％から７０％の間の範囲に含まれる、請求項１から５のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
7. 前記貫通開口が、０．１ｍｍから２ｍｍの間の寸法を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
8. 前記突出部が、前記貫通開口を通るステムと、前記貫通開口を越えて前記排水区画に向かって延在する突出ヘッドと、を備え、前記突出ヘッドが、前記平面支持構造物と係合する、請求項１から７のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
9. 前記突出ヘッドの寸法が、対応する貫通開口の寸法よりも大きい、請求項８に記載の平面濾過エレメント。
10. 前記少なくとも１つの外表面層が外側ホイルと内側層との重ね合わせから形成され、前記外側ホイルが前記内側層に接着され、かつ前記外側ホイルおよび前記内側層の両方が、対応する貫通開口を備え、前記外側ホイルの貫通開口が、前記内側層の対応する前記貫通開口よりも小さく、かつ前記突出部が、少なくとも前記外側ホイルに係止された、請求項１から９のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
11. 前記排水区画が、少なくとも部分的に膜材料のない液体通路を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
12. 前記第１の外表面層および／または前記第２の外表面層が、周辺境界に沿って貫通開口がなく、かつ前記濾過層が、濾過されていない液体と濾過された液体との間のシーリングを提供するために、前記周辺境界で対応する前記外表面層にさらに接着された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
13. 前記濾過層が、２５μｍから５００μｍの間の範囲に含まれる厚さを有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
14. 前記平面支持構造物が、２ｍｍから５０ｍｍの間の範囲に含まれる厚さを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
15. 前記貫通開口の寸法、前記少なくとも１つの外表面層の単位面積あたりの前記貫通開口の面積、膜材料、および前記突出部の寸法が、少なくとも１．４バールの背圧に抵抗する、外表面層と濾過層との間の係止を得るように選択された、請求項１から１４のいずれか一項に記載の平面濾過エレメント。
16. 複数の垂直方向に配置された、請求項１から１５のいずれか一項に記載の平面濾過エレメントを備える、濾過デバイス。
17. 平面濾過エレメントを製造する方法であって、
    対向する第１の外表面層および第２の外表面層の全体にわたって連続的に延在する材料から形成された外表面層を備える、剛性を持つ平面支持構造物を用意するステップであって、前記外表面層が、スペーシング部材により、前記平面支持構造物の全体にわたって分布された多数の箇所で離間されるとともに互いに固着されて、前記第１の外表面層と前記第２の外表面層との間に置かれた排水区画を画定し、層の全体にわたって分布された多数の箇所で前記第１の外表面層および前記第２の外表面層のうちの少なくとも１つには、前記排水区画と流体接続する貫通開口が設けられ、前記外表面層内に互いとの間の内部接続を持たない、剛性を持つ平面支持構造物を用意するステップと、
    コーティングされた支持構造物を得るために、溶液が前記貫通開口（１１５、５１５、６１５）に入り込むように、膜を形成する前記溶液で前記少なくとも１つの外表面層をコーティングするステップと、
    前記コーティングされた溶液から、膜材料から構成される濾過層を得るために、前記コーティングされた支持構造物に膜形成ステップを適用し、前記少なくとも１つの外表面層を覆い、膜材料の突出部が、前記濾過層から前記貫通開口を通って突出し、前記貫通開口の寸法よりも大きい寸法を有し、したがって前記平面支持構造物に前記濾過層を係止するアンダーカット型係止具を形成するステップと、
    を含む方法。
18. 前記突出部が、前記貫通開口を越えて前記排水区画に向かって延在する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記貫通開口は、寸法が０．１ｍｍから２ｍｍの間の範囲に含まれるように、かつ前記少なくとも１つの外表面層の単位総表面積あたりの前記貫通開口の面積が２％から７０％の間の範囲に含まれるように選択される、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 濾過デバイスにおける請求項１から１５のいずれか一項に記載の平面濾過エレメントの使用であって、前記平面濾過エレメントが、少なくとも１．４バールの圧力で逆洗周期に供される、使用。

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