JPH02227126A - ２流体交換体装置用セパレータフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膜を用いる技術、例えば、透析、電気透析、
逆浸透又は限外が過の技術を用いて、２つの流体間で対
象物を交換すること、例えば、該流体の少くとも一方に
含まれる分子又はイオンを交換することに関する。本発
明は、更に詳細には、対を成す連続する膜を離隔せしめ
流体が流れ得るようにするフレームに関する。かかるフ
レームは、本明細書中においては、セパレータフレーム
と言う。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）膜交換
体装置においては、交換膜はスタック（ｓｔａｃｋ）と
して互いに平行に置かれ、セパレータフレームにより離
隔せしめられかつ支持される。

セパレータフレームは、流体に対して不浸透性で、例え
ば格子等の拡張構造（ｅｘｐａｎｄｅｄ　５ｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ）を含む中央開口部を有する剛固な部分を有する
。

該剛固な部分はシール平面（ｓｅａｌ　ｐｌａｎｅ）と
呼ばれ、装置を封止する。それには、流体がスタック中
を流れ得るようにするオリフィスが穿孔されている。該
オリフィスは流体の入口及び出口ダクトを構成する。前
記拡張構造により、流体は前記中央開口部を通って流れ
ることが可能になる。

各交換ゾーンは、ある対象物に対して浸透性を有する第
１の交換膜と、セパレータフレームと、同一の対象物に
対して又は他の対象物に対して浸透性を有する第２の交
換膜を具備するスタック（ｓｔａｃｋ）により構成され
る。交換が確実に良好な状態で生じるようにするには、
各交換ゾーンを通る流体の流量は大きくなければならな
い。

流速を増大させる公知の方法の一つは、流体が通る前記
ゾーンの厚さを減少させることである。

しかし、的記膜は、流体の存在下においては膨張するた
め、膜の膨張にもかかわらず流体が交換ゾーンを流れ得
るようにするにはセパレータフレームのシール平面（ｓ
ｅａｌ　ｐｌａｎｅ）の厚さは、拡張構造の厚さより大
きくなければならない。

しかし、シール平面と拡張構造間の厚さの違いは、シー
ル平面に貫通形成された開口により構成され交換ゾーン
における流体の入口及び出口ダクトに対応するディフュ
ーザでの洩れの原因となることが観察されている。この
洩れは、膜の可撓性によるものである。即ち、膜がディ
フューザ上でへこみ、入口ダクトから来る、スタック内
の隣接する交換ゾーンに放出されるべき流体が所与の交
換ゾーンに流入することを可能にする。かがる流体の一
部の混合は、当然容認できない。

拡張構造と、問題の交換ゾーンを流れない流体用のダク
トの構造との間のシール平面の厚さを増大させることに
より上記の不都合を緩和させる提案が既になされている
。かかる装置の１つは、フランス国特許第２１８９０９
１号に記載されている。

また、５つの層、即ち、１つの内層、該内層の両側に配
された２つの中間層、及び該２つの中間層の両側に配さ
れた２つの外層を具備するセパレータフレームを造るこ
とにより上記の不都合を緩和させる提案が米国特許ＵＳ
−Ａ−４３１９９７８においてなされている。これらの
層は全て開口部を有する中心部を有している。内層のみ
がディフューザを有している。外層は圧縮可能であり、
例えばネオブレンにより製造してもよい。中間層はディ
フューザの面積が減少しないようにできるほどの剛性を
有している。

本発明は、上記の不都合（ディフューザでの流体の洩れ
）を緩和した２流体間での対象物の交換用の交換体装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、２つの流体間で
、該流体の少くとも一方中に含まれる対象物を交換する
ための交換体装置であって、該装置は交換膜及び該交換
膜間に挿着されたセパレータフレームのスタック（ｓｔ
ａｃｋ）を具備するタイプの装置であって、各セパレー
タフレームは開口した中心部の限界を定める不浸透性シ
ール平面（ｓｅａｌ　ｐｌａｎｅ）により構成され、該
シール平面及び交換膜にはオリフィスが貫通形成され、
第１の組のオリフィスは第１の流体の流れ川のダクトを
構成し、第２の組のオリフィスは第２の流体の流れ用の
ダクトを構成し、各シール平面は「ディフューザＪと称
する開口部を含み、該ディフューザは、一つおきのセパ
レータフレーム中においては、前記中心部を前記第１の
組のオリフィスに接続し、他のセパレータフレームにお
いては、該中心部を前記第２の組のオリフィスに接続し
、前記ディフューザ及び中心部は拡張構造（ｅｘｐａｎ
ｄｅｄ　５ｔｒｕｃ−ｔ、ｕｒｅ）を含む交換体装置を
提供する。本発明によれば、前記セパレータフレームは
４枚の熱可塑性シート及び前記拡張構造より形成され、
外側の２枚のシートは可撓性を有しかつ前記ディフュー
ザに対応するゾーンにくり抜き部を有し、内側の２枚の
シートは前記拡張構造の両側に位置し半剛性であり、そ
の少くとも一方は前記ディフューザにより占められるゾ
ーン上の開口を含まず、該４枚のシートは前記ディフュ
ーザのゾーン以外のシール平面で一緒に結合されて、該
ディフューザに対応するゾーンでは、半剛性シートは前
記拡張構造に結合されず防護エレメントを構成する。

好ましくは、前記防護エレメントは小さな橋の形状であ
り、前記シール平面は中心部に接続しない前記２つのオ
リフィスに隣接するゾーンに凹部を含む。所与のフレー
ムの場合、これらの凹部は、スタック中の隣接するフレ
ームの防護エメレントに面する。

前記凹部は、それ自身、シール形成用コーティングを塗
布されていてもよい。

前記防護エレメントは、拡張構造の一つの側だけから延
長していてもよく、あるいはまた、拡張構造の両面上の
シールの両側から延長していてもよい。換言すれば、一
つのディフューザは、単一の防護エレメント又は２つの
防護エレメントに対応していてもよい。

前記中心部に接続していない前記オリフィスに隣接する
ゾーンの凹部は、組み立て中に、前記可撓性を有する外
側の２枚のシートの局部圧縮により得られる。

本発明の池の特徴及び利点は、添付の図面を参照して２
流体交換体装置用のセパレータフレームの簡略化された
態様の以下の説明を読むことによりより一層明らかとな
ろう。

（実施例） 第１図に示すセパレータフレーム１は、意図的に簡略化
されたものである。これは、２流体の各々に対して単一
の供給ダクト及び単一の出口ダクトを設けた試験交換体
装置に対応する。それは、外形が矩形であるシール平面
２を具備する。該シール平面２は、本実施例においては
シール平面２の辺に平行な２つの辺を有する非矩形の平
行四辺形の形状である、開口した中心部３を有する。該
シール平面２は、中心部３の両側に対をなして対称的に
位置する４つの開口４，５，６．７を有する。また、シ
ール平面２は、中心部３により構成される平行四辺形の
最も離れている角に対応する２つのゾーンと該ゾーンに
最も近い開口５，７とを接続する２つの別の開口９．ｔ
ｏを含む。

前記中心部３は、交換ゾーンに対応する。中心部３と接
続していない２つの開口４，６は、第１の流体が流れる
ダクトに対応する。中心部３と接続する２つの開口５，
７は第２の流体が流れるダクトに対応する。開口５，７
を中心部に接続する開口９．１０はディフューザを構成
する。

スクリーンと呼ぶ拡張構造８は、中心部３及びディフュ
ーザ９．１０中に張られている。

各ディフューザ内に位置するスクリーンは、シ−ル平面
を延長し該スクリーンの両面上の後退部を含む小さな橋
の形状をした防護エレメントｌｌ。

１２により防護されている。

セパレータフレーム及び交換膜のスタックを具備する交
換体装置においては、一つおきのフレームｌは第１図に
示す形状を有し、一方中間のフレーム１′は軸ｃ−ｃ’
に対して対称的な同様の形状を有する。即ち、フレーム
１′のディフューザ９．１０及び小さな橋１１．１２は
第１の流体が流れるダクト４，６とｖｉ、ｍする。

第２図は、３つのセパレータフレームと４つの交換膜１
３のスタックを横断する部分図である。

図示されている部分は、単一のディフューザ９に対応す
るゾーンのＡ−Ａ’の線に沿う断面に対応する。説明を
明確にするために、第２図では、様々の要素が離隔され
ているが、実際は、フレーム１、ｌ’及び膜１３は密着
している。

シール平面は、熱可塑性材料、例えば、ポリ塩化ビニル
、エチレン酢酸ビニル、又はエチレンブチルアセテート
の４枚の積み重ねたシートを結合（例えば高周波溶接に
より）することにより得られる。外側の２枚のシート１
６．１７は可撓性フィルムを基材とし、一方、内側の２
枚のシート１４．１５は半剛性フィルムを基材とする。

フィルムがポリ塩化ビニル製の場合は、可撓性フィルム
はカレンダリングによって得られ可塑剤を含み、−力、
半剛性フィルムはインフレート法によって得られより小
量の可塑剤を含む。

可撓性シート１６．１７は、ディフューザ９及び１０に
よって占められるゾーンを始めとして、シール平面内に
くり抜き部がある。剛性シート１４．１５はシール平面
内にくり抜き部があるが、それにはディフューザ９．１
０のゾーンは含まれない。

前記スクリーンは組み立てるために前記２枚のシート１
４．１５間にはさまれるが、該スクリーンは、例えば、
格子の形状構造を有するポリエステル織物によって構成
され、その寸法は、結合された熱可塑性シートによりし
かるべき位置に保持されるように前記中心部３にディフ
ューザ９゜１０を加えたものよりも大きい。

結合時には、熱可塑性シートを軟化させるのに充分な温
度で、ある程度の高圧が、ディフューザ９．１０によっ
て占められるゾーン以外の全シール平面２に加えられる
。その結果、剛性フィルム１４．１５はこれらのゾーン
においては圧縮されず、従ってディフューザ９．ｔｏを
保護する小さな橋１１．１２を構成する。他の場所では
、前記４枚のフィルムは、−緒に結合され、張られたス
クリーン８を含む均質なシール平面２を構成する。

交換体装置の操作時には、２つの膜１３．１３’は、セ
パレータフレームｌの両側でシール平面２の全域を押圧
する。ディフューザ９．ｌＯ上では、膜１３．１３’は
対応する小さな防護橋１１．１２の表面を押圧する。橋
１１．１２を構成するシート１４．１５の剛性により、
スクリーン８がディフューザ９内に圧入されるのを防止
し、膜１３がこの位置で変形するのを防止する。この結
果、２つの流体の容認できない混合が避けられる。

小さな橋１１．１２が存在するにもかかわらず、該小さ
な橋１１，１２が面するフレーム１′の表面の可撓性フ
ィルム１６．１７の圧縮性により、スタック内の内部封
止が得られる。

必要ならば、この封止は、第３及び第４図に示す態様を
用いることにより向上可能である。凹部１８．１９は、
組立て中にセパレータフレーム１′の可撓性シート１６
．１７に形成され、スタック９中の隣りのセパレータフ
レームｌの小さな橋１１．１２に面する。これらの凹部
１９，１８は、小さな橋１１．１２から取られた一種の
跡形又はくぼみを成し、それにより、該小さな橋により
構成される余分の厚みに対するあき場所が得られる。そ
れらは、対応するゾーンに加えられる圧力を増大させる
ことにより、溶接中に形成される。

更に良好な封止を得るには、凹部１８，１９中に液状シ
ーラント又は接着剤を付着してもよい。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、そ
のいかなる変形をも含むものである。特に、工業用装置
においては、２流体の各々について多くの入口ダクト及
び出口ダクトがあるであろ４゜ う。この場合、各フレームは単一の中心部の回りに適当
な数のディフューザ及びオリフィスを有さねばならない
が、上記の操作は容易に変形可能である０本発明は、２
つの流体間において特定の対象物に浸透性を有する交換
膜による交換が必要となるいかなる分野に対しても適用
可能であり、特に透析、電気透析、限外濾過及び逆浸透
に対して適用可能である。

（発明の効果） 本発明によれば、防護エレメントがスタック中のセパレ
ータフレームに隣接する膜がディフューザゾーンで変形
するのを防止し、シール平面の表面の可撓性を有する外
側シートによって、防護エレメントの存在を補償するそ
の弾性により前記装置内に良好な封止を維持することが
可能となり、ディフューザにおける流体の洩れを防止す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセパレータフレームの平面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ’の線に沿い３つのセパレータフレームと４つ
の交換膜を具備するスタックを横断する部分断面図、第
３図は、凹部を含むセパレータフレームの平面図、第４
図は、第３図のＢ−Ｂ′の線に沿い３つのセパレータフ
レームと４つの交換膜を具備するスタックを横断する部
分断面図である。 ｌ・・・セパレータフレーム、８・・・拡張構造（スク
リーン）、９．ｌ’ｏ・・・ディフューザ、１１．１２
・・・防護エレメント（小さな橋）、１３゜１３’　・
・・交換膜、１４．１５・・・半剛性シート（フィルム
）、１６．１７・・・可撓性シート（フィルム）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの流体間で、該流体の少くとも一方中に含まれ
   る対象物を交換するための交換体装置であって、該装置
   は交換膜（１３、１３′）及び該交換膜（１３、１３′
   ）間に挿着されたセパレータフレーム（１）のスタック
   （ｓｔａｃｋ）を具備するタイプの装置であって、各セ
   パレータフレーム（１）は開口した中心部（３）の限界
   を定める不浸透性シール平面（ｓｅａｌ　ｐｌａｎｅ）
   （２）により構成され、該シール平面（２）及び交換膜
   （１３）にはオリフィスが貫通形成され、第１の組のオ
   リフィス（４、６）は第１の流体の流れ用のダクトを構
   成し、第２の組のオリフィス（５、７）は第２の流体の
   流れ用のダクトを構成し、各シール平面は「ディフュー
   ザ」と称する開口部（９、１０）を含み、該ディフュー
   ザは、一つおきのセパレータフレーム（１′）中におい
   ては、前記中心部（３）を前記第１の組のオリフィス（
   ４、６）に接続し、他のセパレータフレーム（１）にお
   いては、該中心部（３）を前記第２の組のオリフィス（
   ５、７）に接続し、前記ディフューザ（９、１０）及び
   中心部（３）は拡張構造（ｅｘｐａｎｄｅｄ　ｓｔｒｕ
   ｃｔｕｒｅ）（８）を含む交換体装置において、前記セ
   パレータフレーム（１）は４枚の熱可塑性シート及び前
   記拡張構造より形成され、外側の２枚のシート（１６、
   １７）は可撓性を有しかつ前記ディフューザ（９、１０
   ）に対応するゾーンにくり抜き部を有し、内側の２枚の
   シート（１４、１５）は前記拡張構造（８）の両側に位
   置し半剛性であり、その少くとも一方は前記ディフュー
   ザ（９、１０）により占められるゾーン上の開口を含ま
   ず、該４枚のシート（１４、１５、１６、１７）は前記
   ディフューザ（９、１０）のゾーン以外のシール平面で
   一緒に結合されて、該ディフューザに対応するゾーンで
   は、半剛性シート（１４、１５）は前記拡張構造（８）
   に結合されず防護エレメント（１１、１２）を構成する
   ことを特徴とする交換体装置。 ２、前記４枚の熱可塑性シート（１４、１５、１６、１
   ７）は、前記ディフューザ（９、１０）のゾーン以外の
   前記シール平面で、圧力下の溶接、特に高周波溶接によ
   り結合されることを特徴とする請求項１記載の交換体装
   置。 ３、前記防護エレメント（１１、１２）は小さな橋の形
   状であり、前記シール平面（２）は中心部（３）に接続
   しない前記オリフィス（４、６）に隣接するゾーンに凹
   部（１８、１９）を含むことを特徴とする請求項１記載
   の交換体装置。 ４、前記凹部（１８、１９）はシール形成用コーティン
   グを塗布されていることを特徴とする請求項３記載の装
   置。 ５、前記中心部（３）に接続していない前記オリフィス
   （４、６）に隣接するゾーンの凹部（１８、１９）は、
   組み立て中に、前記可撓性を有する外側の２枚のシート
   （１６、１７）の局部圧縮により得られることを特徴と
   する請求項３又は４記載の交換体装置。