JP6967683B1 - 膜ろ過システム - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌子による膜の損耗を回避し、膜の性能評価をより正確に行うことができる膜ろ過システムを提供する。【解決手段】マグネティックスターラー５と、マグネティックスターラー５の上に配置され、マグネティックスターラー５によって回転される攪拌子を備えた容器２と、容器２に液体を供給する液体供給手段３と、容器２の膜で液体がろ過された透過液を回収する回収手段４と、を備え、容器２は、膜が配置され、膜の一方面側に液体供給手段３から液体が供給され、膜の反対面側に透過した透過液が回収手段４に排出されるように構成され、攪拌子は、容器２に供給された液体を撹拌し、さらに、攪拌子に作用する前記マグネティックスターラー５の磁力を調節する調節手段としてマグネティックスターラー５と容器２との間の高さを調節可能な支持体６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、膜を使ったろ過を行う膜ろ過システムに関する。

医薬品、飲料、インクなどの液状製品を製造するプラントでは、ＵＦ膜など様々な膜を用いてろ過が行われている。プラントの施行にあたっては、事前に、液状製品をろ過させることで膜の性能を得ておくことが重要である。

膜の性能を得るための膜ろ過システムとして、プラントに用いる膜を容器に配置し、液体をろ過させるものが知られている（非特許文献１参照）。容器内には、マグネティックスターラーによって回転させられる攪拌子が配置されている。攪拌子の回転によって容器内にはクロスフローが発生するので、クロスフローによる膜を用いたろ過を擬似的に再現できるようになっている。

しかしながら、攪拌子とそれを支持する部材の接触面において、回転によって削り取られた細かな不純物が生じて濃縮液に混入する可能性がある。不純物が混入した濃縮液について行った液性評価は、当然ながら妥当なものとは言えない。ここでいう液性評価とは、濃縮液を分析したり、濃縮液を得た後の工程（例えば乾燥などの工程）において濃縮液を分析するなどをいう。また、攪拌子は、ネジなどにより回転可能に固定されてはいるが、ネジが緩んで攪拌子が膜に接触する虞もある。

なお、このような問題は、膜の性能評価を行う場合に限定されず、攪拌子によって濃縮液に流れを発生させ、膜を用いたろ過を行って製品を製造する場合についても同様に存在する。

原田 美冬, 古澤 和輝, 鈴木 祐麻, 新苗 正和, 和田 善成, 市村 重，下水の再利用を目的とした統合的膜処理システムにおける逆浸透膜のアルギン酸によるファウリングとカルシウムイオンの役割，水環境学会誌 Vol.43, No.6, pp.165-173(2020)

本発明は、このような事情に鑑み、攪拌子による膜の損耗を回避し、攪拌子を起因とする不純物の混入を抑制することができる膜ろ過システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、膜のろ過性能を試験する膜ろ過システムであって、マグネティックスターラーと、前記マグネティックスターラーの上に配置され、前記マグネティックスターラーによって回転される攪拌子を備えた容器と、前記容器に液体を供給する液体供給手段と、前記容器の前記膜で液体がろ過された透過液を回収する回収手段と、前記攪拌子を前記容器に回転可能に取り付けるネジと、を備え、前記容器は、蓋状の上側フランジと、箱状に形成された凹部を有する部材である下側フランジとが接合されたものであり、前記上側フランジ又は前記下側フランジには雌ネジ孔が形成され、前記膜が配置され、前記膜の一方面側に前記液体供給手段から液体が供給され、前記膜の反対面側に透過した前記透過液が前記回収手段に排出されるように構成され、前記ネジは、前記容器の内部において前記攪拌子に形成された貫通孔を挿通し、前記雌ネジ孔に螺合することで、前記攪拌子を前記上側フランジ又は前記下側フランジに回転可能に取り付け、前記攪拌子は、前記容器に供給された液体を撹拌し、さらに、前記攪拌子に作用する前記マグネティックスターラーの磁力を調節する調節手段を備え、前記調節手段は、前記マグネティックスターラーに載置され、前記容器を支持する支持体であり、前記支持体は、前記マグネティックスターラーと前記容器との間の高さを調節可能となるように構成されていることを特徴とする膜ろ過システムにある。

本発明によれば、攪拌子による膜の損耗を回避し、膜の性能評価をより正確に行うことができる膜ろ過システムが提供される。

膜ろ過システムの概略構成図である。 容器を各部材を分解した断面図である。 容器の断面の一部を拡大した図である。 上側フランジを下側フランジとの接合面側から見た底面図である。 攪拌子の斜視図である。 ネジの斜視図である。 ネジの底面図である。 支持体の概略図である。 マグネティックスターラーの斜視図である。 変形例に係る膜ろ過システムの容器、マグネティックスターラー及び調節手段を示す図である。

図１は、膜ろ過システム１の概略構成図である。本実施形態の膜ろ過システム１は、容器２、液体供給手段３、回収手段４、マグネティックスターラー５、及び支持体６を備えている。本実施形態では、内部に膜が配置された容器２にろ過対象の液体を供給し、クロスフローによって液体をろ過させる場合の膜ろ過システム１について説明する。ろ過対象となる液体は、医薬品、飲料、インクなどの液状の最終製品の他に、医薬品、飲料、インクの原料又は中間製品を含む。

容器２は、膜を内部に収容する容器である。容器２は、上側フランジ２０と下側フランジ３０とが接合された構成となっており、これらが接合された状態を維持するためのクランプ４５が取り付けられている。容器２の内部の詳細な構造については後述する。膜は、性能を試験する対象であり、容器２の内部に収容される程度に小型化されたものである。膜の種類については、ＲＯ膜、ＮＦ膜、ＭＦ膜、ＵＦ膜などを用いることができ、特に限定はない。

上側フランジ２０には、第１接続部材１１、及び第２接続部材１２が取り付けられている。第１接続部材１１は、容器２の内部に液体を供給する流路（図示せず）を有する部材であり、後述の供給チューブ７５が接続されている。第２接続部材１２は、容器２の内部から外部に排出される液体の流路（図示せず）を有する部材であり、後述の循環チューブ７６が接続されている。また、第１接続部材１１には、その流路を流通する液体の圧力を測定する圧力計１０が設けられている。

下側フランジ３０には、膜を透過した液体が排出される排出口（図示せず）が設けられている。排出口には、回収手段４が接続されている。具体的には、回収手段４は、回収チューブ９及び回収容器８から構成されている。回収チューブ９の一端は下側フランジ３０の排出口に接続されている。回収チューブ９の他方の一端は、回収容器８内に配置されている。

液体供給手段３は、容器２にろ過対象の液体を所定の流量及び圧力で供給することが可能な装置群からなる。具体的には、液体供給手段３は、チューブポンプ７０、ピストンポンプ７１、洗浄液容器７２、液体容器７３、及び各種のチューブを備えている。

ピストンポンプ７１は、所望の流量及び圧力に液体を調節して供給することが可能な装置である。このようなピストンポンプ７１は、公知であるので詳細な説明は省略する。液体容器７３には、ろ過対象の液体が貯留されている。ピストンポンプ７１は、液体容器７３から吸引チューブ７４を介して液体を汲み上げる。ピストンポンプ７１は、組み上げた液体の流量を所望の流量とし、供給チューブ７５、及び第１接続部材１１の流路を介して液体を容器２に供給する。また、容器２から排出される液体は第２接続部材１２の流路及び循環チューブ７６を介して液体容器７３に戻される。

チューブポンプ７０は、ピストンポンプ７１に洗浄液を供給し、ピストンポンプ７１から洗浄液を回収する装置である。このようなチューブポンプ７０は、公知であるので詳細な説明は省略する。洗浄液容器７２には、ピストンポンプ７１のシール部分を洗浄するための洗浄液（例えば、水）が貯留されている。チューブポンプ７０は、洗浄液容器７２から吸引チューブ７７を介して洗浄液を汲み上げ、供給チューブ７８を介して洗浄液をピストンポンプ７１に供給する。また、ピストンポンプ７１のシール部分を洗浄し終えた洗浄液は循環チューブ７９を介して洗浄液容器７２に戻される。このようなチューブポンプ７０による洗浄液によって、ピストンポンプ７１のシール部分を洗浄することができる。

図１及び図８に示すように、支持体６は、平板状の支持板９１と、支持板９１を支持する脚部９２とから構成されている。脚部９２は高さ方向に伸縮可能となっている。支持体６は、支持板９１に容器２を載置するものであり、支持体６は、マグネティックスターラー５に載置されている。なお、支持体６は、請求項に記載の「攪拌子に作用するマグネティックスターラーの磁力を調節する調節手段」の一例である。支持体６により攪拌子に作用する磁力が調節される機序については後述する。

図９に示すように、マグネティックスターラー５は、図示しないモーターによって回転される回転台８０に、永久磁石８１が配置された装置である。回転台８０とともに永久磁石８１が回転することによって、後述する容器２の内部に配置された攪拌子を回転させる。

このような図１に示した構成の膜ろ過システム１は、ピストンポンプ７１により供給チューブ７５及び第１接続部材１１の流路を介して容器２の内部に液体が供給される。容器２の内部では液体が膜によってクロスフロー方式でろ過される。膜を透過した液体は透過液として容器２の外部に排出され、回収チューブ９を介して回収容器８に回収される。また、膜を透過しなかった液体は濃縮液として第２接続部材１２の流路及び循環チューブ７６を介して液体容器７３に戻される。

なお、液体容器７３には、当初はろ過されてない液体のみが貯留されているが、ろ過を始めると濃縮液が混合することになるので、以後の説明では濃縮液と称する。つまり、第１接続部材１１の流路には濃縮液が供給され、第２接続部材１２の流路からは濃縮液が排出され、回収容器８には透過液が回収される。

図２〜図７を用いて、容器２の構成について詳細に説明する。図２は容器２を各部材を分解した断面図であり、図３は容器２の断面の一部を拡大した図である。図４は上側フランジを下側フランジとの接合面側から見た底面図である。図５は攪拌子の斜視図である。図６はネジの斜視図であり、図７はネジの底面図である。図２及び図３の断面は、攪拌子５０の回転軸と平行であり、かつ、後述の入口流路２６及び出口流路２７を通る断面であり、図４にはＡ−Ａ線で示してある。

図２、図３、図４に示すように、容器２は、蓋状の上側フランジ２０と、箱状の下側フランジ３０とが接合された構成となっている。上側フランジ２０と下側フランジ３０とが接合されることで、容器２に空間が形成される。この空間内に膜７が配置され、濃縮液のろ過が行われる。

上側フランジ２０には、底面側（下側フランジ３０側）の中心部に、雌ネジ孔２３が形成されている。雌ネジ孔２３の開口縁部は、底面側に向けて徐々に拡大するような曲面状のテーパー部２４となっている。上側フランジ２０には、雌ネジ孔２３を中心とし底面側に向けて若干突出した円板状の突部２１が設けられている。突部２１の表面（上側フランジ２０の膜７側の面）には、底面視で十字状の溝部２２が形成されている。溝部２２は、一方の端部が雌ネジ孔２３に繋がり、他方の端部が突部２１の外縁に達している。

また、上側フランジ２０には、厚さ方向に貫通した入口流路２６及び出口流路２７が設けられている。入口流路２６及び出口流路２７は何れも溝部２２に開口している。また、入口流路２６は、溝部２２とは反対側の開口に第１接続部材１１（図１参照）が接続される。このような構成により、第１接続部材１１の流路から濃縮液が入口流路２６を介して、容器２の内部に流入する。出口流路２７は、溝部２２とは反対側の開口に第２接続部材１２（図１参照）が接続される。このような構成により、出口流路２７から第２接続部材１２の流路に濃縮液が排出される。

また、上側フランジ２０には、突部２１の外側に、環状のＯリング用溝２５が形成されている。Ｏリング用溝２５には、第１のＯリング４１が嵌め込まれている。さらに、上側フランジ２０には、Ｏリング用溝２５の外側に、環状の封止部２８が設けられている。封止部２８は、後述する下側フランジ３０の段部３３に接触する部分である。

図２、図３、図５に示すように、このような上側フランジ２０には、攪拌子５０が回転可能に取り付けられている。攪拌子５０は、円柱部５１と、円柱部５１の一方面側に形成された複数のフィン５２とを備えている。円柱部５１は、中心部を貫通した貫通孔５５と、段部５４とが設けられている。段部５４は、貫通孔５５と同心状に形成された凹部である。また、円柱部５１の内部には一組の永久磁石５３が貫通孔５５を挟んで配置されている。

フィン５２は、円柱部５１の段部５４と同じ面側に設けられており、段部５４から円柱部５１の外縁にまで直線状に延びるように形成されている。円柱部５１の表面からフィン５２の頂面までをフィン５２の高さとすると、その高さに特に限定はないが、本実施形態では円柱部５１の厚さよりも低くなっている。このようなフィン５２がほぼ等間隔で４個設けられている。

図２、図３、図６、図７に示すように、ネジ６０は、攪拌子５０を上側フランジ２０に回転可能に取り付ける。ネジ６０は、回転軸に対して垂直方向に延びる貫通孔６５が円筒部６２に形成されている。また、ネジ６０は、回転軸に沿った孔部６４が頭部６１及び円筒部６２に形成されている。孔部６４は貫通孔６５に連通しており、これらは一体の内部流路６６を形成している。円筒部６２の側面における内部流路６６の開口を側部開口６７と称する。また、頭部６１の頂面における内部流路６６の開口を頂部開口６８と称する。なお、ネジ６０の材料に特に限定はないが、樹脂により形成することが好ましい。

円筒部６２及びネジ部６３を攪拌子５０の貫通孔５５を挿通させ、ネジ部６３を上側フランジ２０の雌ネジ孔２３に螺合させる。これにより、攪拌子５０は、下側フランジ３０に配置される膜７から離され、上側フランジ２０（突部２１）からも若干の隙間を保った状態で、段部５４がネジ６０の頭部６１に支持された状態となる。攪拌子５０は、段部５４に支持されながら回転可能となっており、マグネティックスターラー５の磁力によって回転する。

なお、ネジ６０の頭部６１には、頂部開口６８に連なる工具用溝６９が設けられている。工具用溝６９は、ネジ６０を回転させるためのドライバーなどの工具が嵌め込まれる溝である。ネジ６０は、攪拌子５０が回転する方向と同じ方向に回転させると雌ネジ孔２３に対して螺合されるようになっている。したがって、攪拌子５０が回転しても、ネジ６０が緩みにくい構成となっている。また、ネジ６０にワッシャ（図示せず）を取り付けて雌ネジ孔２３にネジ止めしてもよい。

下側フランジ３０は、箱状に形成された凹部３１を有する部材であり、凹部３１の平面視の形状はほぼ円形状となっている。また、下側フランジ３０には、透過液流路３２が設けられている。透過液流路３２は凹部３１の底部と、下側フランジ３０の側面とに開口した流路である。また、凹部３１の開口縁部には段部３３が形成されている。

多孔支持板４３は、多孔質であり、凹部３１と同様の円形の板状部材である。多孔質の程度は、膜７によってろ過された透過液の流通を妨げない程度である。また、多孔支持板４３の材料、材質に特に限定はない。

膜７は、ろ過性能を試験する対象となる膜であり、多孔支持板４３に載置される。膜７の平面形状は、多孔支持板４３とほぼ同形状とされている。

第２のＯリング４２は、環状に形成された部材である。上述した第１のＯリング４１及び第２のＯリング４２は、ともに弾力性のある樹脂等の部材で形成されている。第２のＯリング４２は、多孔支持板４３の直径よりも若干短い程度の直径としてあるが、特に大きさに限定はない。このような第２のＯリング４２は、膜７の上に載置される。

スペーサーリング４０は、上側の開口縁部が第１のＯリング４１に接触し、下側の開口縁部が第２のＯリング４２に接触するように形成された円筒状の部材である。スペーサーリング４０は、第１のＯリング４１及び第２のＯリング４２を介して、上側フランジ２０及び下側フランジ３０に挟持される。また、スペーサーリング４０の上側の端部４４は側方に向けて突出し、凹部３１の段部３３に接触している。

このようにしてスペーサーリング４０、第２のＯリング４２、膜７、多孔支持板４３を収容した下側フランジ３０に、攪拌子５０がスペーサーリング４０の内部に位置するように上側フランジ２０が接合される。これにより、上側フランジ２０の封止部２８は下側フランジ３０の段部３３に接触する。また、スペーサーリング４０は、第１のＯリング４１及び第２のＯリング４２を介して上側フランジ２０及び下側フランジ３０に挟まれ、端部４４が段部３３に接触する。そして、上側フランジ２０と下側フランジ３０は、互いに接合した状態で図１に示したクランプ４５によって固定される。

膜７と、膜７に対向して配置された攪拌子５０と、スペーサーリング４０との間の空間を流路部１００と称する。スペーサーリング４０と上側フランジ２０との間、スペーサーリング４０と膜７との間は、それぞれ第１のＯリング４１、第２のＯリング４２が配置されているので、それらの間に流体が流通しないようシール性が保たれる。すなわち、流路部１００は、スペーサーリング４０によって区画された流路であって、実質的に、入口流路２６、出口流路２７及び透過液流路３２を介してのみ外部に連通している。

このような流路部１００には、膜７の一方面側に設けられた入口流路２６から濃縮液が供給される。そして、攪拌子５０の回転により膜７に平行な流れであるクロスフローが形成される。流路部１００ではクロスフローによって濃縮液が膜７によってろ過される。膜７によってろ過された透過液は、膜７の反対面側に設けられた多孔支持板４３及び透過液流路３２を介して図１に示した回収容器８に排出される。一方、膜７によってろ過されていない濃縮液は、流路部１００から出口流路２７に排出され、図１に示した液体容器７３に戻される。

ここで、図３を用いて容器２における濃縮液の流れについて詳細に説明する。膜７等を下側フランジ３０に配置し、上側フランジ２０で接合した後では、まだ流路部１００に濃縮液が供給されておらず、空間となっている。入口流路２６から濃縮液が供給されると、上側フランジ２０（突部２１）と、攪拌子５０との隙間に濃縮液が広がる。そして、攪拌子５０の外縁部分から濃縮液がこぼれ落ち、流路部１００が濃縮液で満たされる。また、入口流路２６から上述の隙間に流れ込んだ濃縮液は、上側フランジ２０に設けられた十字状の溝部２２によって、平面方向に速やかに拡散するようになっている。また、ネジ６０に形成された内部流路６６にも濃縮液が流れ込み、攪拌子５０の中央部からも濃縮液が流路部１００にこぼれ落ちるようになっている。

このような構成によれば、入口流路２６の一点から濃縮液が供給されるものの、攪拌子５０と上側フランジ２０との隙間によって平面方向に濃縮液が分散されるので、膜７の周縁部分に分散させて濃縮液を滴下させることができる。これにより、濃縮液の充填初期において、膜７の一箇所に集中して濃縮液が滴下されてしまうことを防ぐことができる。また、十字状の溝部２２を設けることで濃縮液の平面方向への分散を促進することができる。さらに、ネジに設けた内部流路６６によって膜７の中央付近にも濃縮液を滴下できるので、より一層、膜７の一箇所に濃縮液が集中して滴下されることを防ぐことができる。

流路部１００が濃縮液で満たされた後に、マグネティックスターラー５を稼動させ、攪拌子５０を回転させる。この攪拌子５０の撹拌により、膜７に並行な方向のクロスフローが形成される。このクロスフローによって膜７でろ過された透過液は多孔支持板４３を経由して透過液流路３２に排出され、濃縮液の一部は、流路部１００から出口流路２７へ排出される。

攪拌子５０の回転で生じる遠心力によって、攪拌子５０とネジ６０との隙間には濃縮液が供給されにくくなり、当該隙間がドライ状態となり互いにすり減ることが懸念される。しかしながら、上側フランジ２０には、雌ネジ孔２３の開口縁部にテーパー部２４が形成されており、攪拌子５０が回転していてもテーパー部２４に濃縮液が保持される。テーパー部２４から濃縮液が攪拌子５０とネジ６０の隙間に供給されやすくなるので、攪拌子５０とネジ６０がドライ状態で接触することによる細かな不純物（コンタミネーション）の発生を抑制することができる。

図８を用いて、支持体６について説明する。上述したように、支持体６は、支持板９１に容器２を支持し、脚部９２でマグネティックスターラー５に載置されている。脚部９２は高さ方向に伸縮可能となっており、マグネティックスターラー５の載置面から容器２の底面との間の高さｈを、脚部９２の最小の長さから最大の高さまでの間の範囲で可変にできるようになっている。このような支持体６による高さｈを調節することで、マグネティックスターラー５の磁力と攪拌子５０の永久磁石５３との間に働く磁力の強さを調節することができる。

例えば、高さｈを高くすれば、マグネティックスターラー５の永久磁石８１が攪拌子５０に作用する磁力は弱まる。その磁力が弱まると、攪拌子５０がマグネティックスターラー５に磁力によって引き寄せられる力が弱まる。このため、攪拌子５０が回転する際におけるネジ６０との摩擦が軽減される。これにより、攪拌子５０とネジ６０とが摩擦することにより生じ得る不純物の発生を抑制することができる。特に、一般に市販されているマグネティックスターラー５は、磁力を調節することができないものが多い。このような支持体６によれば、市販のマグネティックスターラー５に手を加えることなく、磁力を調整して上記の不純物の発生を抑制できるという効果を得られる。

上述したように、ネジ６０は、攪拌子５０の回転方向と同じ方向に回転させると雌ネジ孔２３に螺合するようになっている。これとは逆に、ネジ６０が攪拌子５０の回転方向と同じ方向に回転させると雌ネジ孔２３から外れるような構成を仮定する。このような構成では、攪拌子５０に過剰な磁力が掛かった状態で攪拌子５０が回転すると、ネジ６０が緩み、攪拌子５０が膜７に接触する虞がある。しかしながら、膜ろ過システム１では、そのような過剰な磁力が生じないよう高さｈを調整できる。したがって、上記仮定のネジ６０を用いた場合であっても、攪拌子５０が膜７に接触して膜７を損耗させることを回避することができる。

以上に説明した膜ろ過システム１は、容器２に配置された膜７に所望の圧力や流量で濃縮液を供給する。クロスフローによるろ過を行い、膜７でろ過された透過液は回収手段４に回収される。また、膜７でろ過されなかった濃縮液は、容器２の外部に排出された後に回収され、再度、容器２に供給される。このような膜ろ過システム１は、実際のプラントを構成するフィルター装置で行われるクロスフローによるろ過を擬似的に再現することができるので、プラントを実際に構築する前に膜７の性能を評価することができる。膜７の性能を評価するとは、例えば、ピストンポンプ７１に設定した流量、圧力計１０で測定した圧力、ろ過に要した時間などを測定することなどをいう。ろ過に要した時間は、例えば、ろ過を開始してからろ過後の透過液の量が所定量に達するまでの時間や、液体容器７３に貯留されている濃縮液の濃度や量が所定量に達するまでの時間である。

そして、膜ろ過システム１は、このような膜７の性能試験に際し、支持体６の高さｈを調整することで攪拌子５０とネジ６０の摩擦による不純物の発生を抑制することができる。これにより、不純物が膜７の目を詰まらせたりすることが抑制されるので、膜７の性能試験を正確に行うことができる。また、攪拌子５０がマグネティックスターラー５の磁力によって上側フランジ２０から外れて膜７を損耗させることも回避しうる。

なお、膜ろ過システム１は、クロスフローによるろ過を行う構成を示したが、デッドエンドによるろ過を行うこともできる。具体的には、出口流路２７を設けない、又は出口流路２７を開閉可能な弁を設ける。さらに、ピストンポンプ７１のような定量ポンプに替えて、遠心式のように締め切り運転でも所定の圧力以上に上昇しないポンプを設ける。このような構成とすることで、膜ろ過システム１はデッドエンドによるろ過を行うことができる。

また、容器２は、特に高圧力で用いる場合は、ステンレスなどの金属材料で構成されていることが好ましいが、それに限定されない。例えば、ガラスや透明なプラスティック材料から容器２を構成してもよい。これによれば、クロスフローによるろ過が順調に行えているかについて、容器２の内部を目視で確認することができる。

また、膜ろ過システム１は、図２〜４に示したように、攪拌子５０の平面視（下側フランジ３０から上側フランジ２０を見る方向における平面視）において、入口流路２６及び出口流路２７は、攪拌子５０の内側に位置している。換言すれば、入口流路２６及び出口流路２７は、平面視では攪拌子５０に隠れて見えない。これにより、図３の幅方向において、容器２や流路部１００を小型化することができる。仮に、入口流路２６及び出口流路２７が攪拌子５０の外側に有る場合、その分、容器２や流路部１００が幅方向に広げざるをえない。このような構成と比較して図３に示したように入口流路２６及び出口流路２７を攪拌子５０の内側に位置させることで、容器２を小型化することができる。

また、膜ろ過システム１は、上側フランジ２０に溝部２２が設けられており、入口流路２６は溝部２２に開口している。このような構成とすることで、入口流路２６から供給された濃縮液を溝部２２によって平面方向に分散することを促進することができ、初期充填において膜７に濃縮液が集中して滴下されることを抑制できる。

また、膜ろ過システム１は、磁力を調節する調節手段の一例として支持体６を備えている。これにより、磁力を調節を簡易な構成の支持体６によって実現することができる。なお、上述した実施形態では伸縮可能な脚部９２により高さｈを調整する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、異なる高さの支持体を複数用意し、目標とする磁力となるように適宜支持体を入れ替えるようにしてもよい。また支持体としては支持板９１及び脚部９２のような構成に限定されない。また、調節手段としては、支持体６のような高さｈを変更する構成に限定されない。例えば、マグネティックスターラー５の永久磁石８１の個数や配置、攪拌子５０の永久磁石５３の個数や配置を可変とする構成としてもよい。また、マグネティックスターラー５の磁力として電磁石を用いる場合は、電磁石に与える電力やコイルの巻数を可変とする構成を調節手段としてもよい。

また、膜ろ過システム１は、攪拌子５０は円柱部５１とフィン５２とから構成されている。円柱部５１は膜７に垂直な方向への流れが生じることを抑制し、フィン５２は膜７に平行な方向の流れが発生させる。これにより、攪拌子５０の回転によって膜７に平行な濃縮液のクロスフローを良好に発生させることができる。なお、例えば円柱部５１ではなく回転軸に複数の羽根を設けた攪拌子を用いてもよい。

また、膜ろ過システム１は、雌ネジ孔２３の開口縁部に曲面状のテーパー部２４を設けた。これにより、テーパー部２４に満たされた濃縮液によって、攪拌子５０とネジ６０同士の摩擦による不純物の発生を抑制することができる。

また、膜ろ過システム１は、ネジ６０に内部流路６６を設け、内部流路６６の頂部開口６８が膜７に対向し、内部流路６６の側部開口６７がテーパー部２４に連通している。これにより、特に初期充填において、内部流路６６を介して膜７の中央部に濃縮液を導くことができるようになっている。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されない。

上述した膜ろ過システム１では、上側フランジ２０に攪拌子５０を回転可能に取り付け、下側フランジ３０に膜７を配置したが、このような構成に限定されない。膜ろ過システムの変形例を図１０に示す。図１０は変形例に係る膜ろ過システムの容器、マグネティックスターラー５及び支持体６を示す図である。なお、図１〜図９に示した膜ろ過システムと同じものには同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

容器２Ａは、上側フランジ３０Ａと、下側フランジ２０Ａとが接合されたものであり、内部に膜７等が配置される空間が形成されている。

下側フランジ２０Ａは、箱状の部材であり、底部の中心部には雌ネジ孔２３が形成されている。下側フランジ２０Ａの底部には、攪拌子５０がネジ６０によって回転可能に取り付けられている。

また、下側フランジ２０Ａには、入口流路２６及び出口流路２７が設けられている。入口流路２６及び出口流路２７は、一方の開口が下側フランジ２０Ａの底部に開口している。また、その開口は、攪拌子５０よりも外側に位置しており、攪拌子５０に覆われてはいない。もちろん、図３に示したようにその開口が撹拌し５０に覆われるような位置であってもよい。

下側フランジ２０Ａの底部には、第１のＯリング４１、スペーサーリング４０、第２のＯリング４２が積み重なって配置されている。第２のＯリング４２の上には膜７が配置され、膜７を覆うようにして多孔支持板４３が配置されている。

膜７等が配置された下側フランジ２０Ａに、上側フランジ３０Ａが蓋をしており、図示しないクランプによって蓋をした状態が維持されている。

このような容器２Ａでは、上側フランジ３０Ａ、下側フランジ２０Ａ、膜７、スペーサーリング４０によって囲まれた空間内に、入口流路２６から濃縮液が供給される。攪拌子５０の回転によって濃縮液のクロスフローが生じ、膜７によるろ過が行われる。そして、膜７を透過した透過液は多孔支持板４３を通過して透過液流路３２から排出される。膜７を透過しなかった濃縮液は出口流路２７から排出される。

以上の構成の容器２Ａを備えた膜ろ過システムにおいても、図１〜図９に示した膜ろ過システムと同様の作用効果を奏する。

特に図示しないが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されず、次のような構成であってもよい。例えば、上側フランジ２０に十字状の溝部２２を形成したがこのような構成に限定されない。溝部２２の本数や方向に特に限定は無いし、溝部２２を設けない構成も本発明に含まれる。

また、図３に示したように入口流路２６及び出口流路２７の開口部分は、平面視で攪拌子５０に覆われるような配置としたが、これに限らず、攪拌子５０に覆われない配置としてもよい。

また、図３に示したように雌ネジ孔２３の開口縁部に曲面状のテーパー部２４を設けたが、このような構成に限らない。例えば、平面状のテーパー部であってもよい。また、テーパー部２４を設けなくてもよい。

また、図３に示したようにネジ６０に内部流路６６を設けたが、このような構成に限らず、内部流路６６を設けなくてもよい。

また、図２に示したように入口流路２６は、攪拌子５０の回転軸から離れた位置とされているが、このような位置に限定されない。入口流路２６は、回転軸に近い位置、例えば、テーパー部２４に開口するような位置としてもよい。そのような位置に入口流路２６を設けることで、濃縮液が攪拌子５０の遠心力によって全体に分散させることができる。

図１〜図１０で説明した膜ろ過システムは、膜の性能を評価する用途について説明したが、これに限定されない。本発明の膜ろ過システムは、特に少量の製品を製造するための用途にも好適であり、攪拌子５０を起因とする不純物が製品に混入することを抑制することができる。

１…膜ろ過システム、２…容器、３…液体供給手段、４…回収手段、５…マグネティックスターラー、６…支持体、７…膜、２０…上側フランジ、２２…溝部、２３…雌ネジ孔、２４…テーパー部、２６…入口流路、２７…出口流路、３０…下側フランジ、４０…スペーサーリング、４３…多孔支持板、５０…攪拌子、５１…円柱部、５２…フィン、５３…永久磁石、６０…ネジ、９１…支持板、９２…脚部、１００…流路部

Claims (8)

1. 膜のろ過性能を試験する膜ろ過システムであって、
   マグネティックスターラーと、
   前記マグネティックスターラーの上に配置され、前記マグネティックスターラーによって回転される攪拌子を備えた容器と、
   前記容器に液体を供給する液体供給手段と、
   前記容器の前記膜で液体がろ過された透過液を回収する回収手段と、
   前記攪拌子を前記容器に回転可能に取り付けるネジと、
   を備え、
   前記容器は、
   蓋状の上側フランジと、箱状に形成された凹部を有する部材である下側フランジとが接合されたものであり、
   前記上側フランジ又は前記下側フランジには雌ネジ孔が形成され、
   前記膜が配置され、
   前記膜の一方面側に前記液体供給手段から液体が供給され、
   前記膜の反対面側に透過した前記透過液が前記回収手段に排出され
   るように構成され、
   前記ネジは、前記容器の内部において前記攪拌子に形成された貫通孔を挿通し、前記雌ネジ孔に螺合することで、前記攪拌子を前記上側フランジ又は前記下側フランジに回転可能に取り付け、
   前記攪拌子は、前記容器に供給された液体を撹拌し、
   さらに、前記攪拌子に作用する前記マグネティックスターラーの磁力を調節する調節手段を備え、
   前記調節手段は、前記マグネティックスターラーに載置され、前記容器を支持する支持体であり、
   前記支持体は、前記マグネティックスターラーと前記容器との間の高さを調節可能となるように構成されている
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
2. 請求項１に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記容器には、
   前記膜の一方面側に供給される液体の入口流路と、
   前記膜の一方面側に供給された液体が排出される出口流路と、
   が設けられている
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
3. 請求項２に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記入口流路及び前記出口流路は、前記攪拌子の平面視において前記攪拌子よりも内側に位置している
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
4. 請求項２又は請求項３に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記上側フランジには、前記膜側の面に溝部が設けられており、
   前記入口流路は、前記溝部に開口している
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記調節手段は、前記マグネティックスターラーの磁力を調節するものである
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記攪拌子は、円柱部と、円柱部の前記膜に対向する面に設けられたフィンとを備える
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記雌ネジ孔の開口縁部は、前記膜に向かって径が拡大するテーパー部を有する
   ことを特徴とする膜ろ過システム。
8. 請求項７に記載する膜ろ過システムにおいて、
   前記ネジは、内部に流路が設けられ、前記流路の一方の開口は前記膜に対向し、他方の開口は前記テーパー部に連通している
   ことを特徴とする膜ろ過システム。

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