JPH03500740A - 転送膜装置 - 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】 転送膜装置 本出願人のＥＰ−Ａ−０１１１４２３は、一方のプレートの輪郭面から間隔を置 き、他のプレートの同様の輪郭面に面した全体として平行な一対のプレートと、 はぼ全領域にわたり前記プレート間に狭い間隔で対向する転送膜物質の一対のシ ートとを備え、各シートが隣接するプレートの輪郭面により支持され、かつ部分 的に入れ子となって、膜間に第１の流体用の第１の導管と、各版と前記隣接する プレートとの間に第２の流体の第２の導管とを備え、各版はその面が他の膜と対 向して規則的に密接して包み込まれた固定的な凹み状のアレーの凹所な設け、前 記凹所はそれぞれ他の膜における同様の凹所に対向してほぼ揃えられ、前記プレ ートの輪郭面は前記膜の凹所により揃えられ、かつ溝を介して相互接続された凹 所な備え、第１の流体が脈動流により前記第１の導管を介して通過し、渦流混合 が前記膜の凹所に発生するように構成されている物質又は熱の転送装置に使用す る膜アッセンブリを開示するものである。

流体の渦流混合を促進する脈動成分を第１の導管を介して前記第１の流体の平均 的な流れに重畳させることにより、脈動流を発生することができる。前記ＥＰ明 細書に詳細に説明されているように、各版の凹所には平行な列に複数の凹所が設 けられ、各列は、長さ方向に隣接する列の凹所間の中間位置へオフセットされて 、隣接する列に横方向の入れ子が発生、させる。更に、前記プレートの凹所は、 平均的な流れの方向で長さ方向の列に、各列に沿って第１の凹所な次の凹所に相 互接続する溝を備えている。

前述の型式の膜アッセンブリにおいて、膜を介する転送効率は、渦流混合が高い ので、膜の近傍に持ってくることが可能な第１の流体の総体積のものと同程度と なる。

このような転送膜を血液中の酸素に適用した装置は、成功している。この場合に 、血液は第１の導管を通過し、かつ酸素を含むガスは第２の導管を通過する。こ の場合に、膜は通常、疎水性であった。更に、膜アッセンブリを水様液の濾過に 適用したものも成功していた。この場合の膜は、好ましいものとして、疎水性で あり、従って良く湿潤する。例えば、膜アッセンブリに関連するフィルタは、血 漿又は献血の利用により全血液から血漿を取り出しすのに大きな成功を収めた。

これは、このアッセンブリが単位膜面積当り高い濾過速度を有し、低い血流速度 （６０〜８０ｍ１／分）で良好に作動し、通常の膜血漿フィルタの問題となる型 式の目詰まりを起こしにくいためである。実際、その濾過速度は同一面積で従来 のフィルタが達成する濾過速度のほぼ４倍もあった。更に、このような膜アッセ ンブリに関連するフィルタは、微生物処理におけるバクテリア、哺乳動物の細胞 、又は植物の細胞を濾過することにより濃縮する際に実験的に成功が証明された 。これらの場合に、濾過する全血液又は他の液体は第１の導管を介して転送され 、濾過液は第２の導管により収集される。

各第２の導管は、通過流が要求されるときは、例えば第１の導管を介する第１の 流体の流れに対して逆に流れる入口及び出口を有する。他方、濾過用に装置を設 定したときは、各第２の導管からの出口のみで十分となる。

ＥＰ明細書に説明されている膜アッセンブリにおける成功にも拘らず、本出願人 が改善しようとした２領域がある。

その第１は、前記ＥＰ明細書の第５図に明確に説明されているように、各版にお ける各凹所の最大直径が隣接する輪郭支持板に関連した凹部のものと同一である 。その結果、各凹部と、そのプレートにおいて対応する凹所との間に定められた ゾーン周辺で、対応する第２の導管に好ましくない制約、及び淀み領域の発生を なくすために、凹所の曲率に下限を設け、膜とそプレートにおいて対応する凹所 の壁との間に適当な間隔を保持させていた。更に、これは、前記ＥＰ明細書で説 明されているように、３：１の各凹所の最大深さ対最大直径の最小許容縦横比を 説明している。その結果、凹所は第１の導管を浅くしていた。これは、この種の 膜アッセンブリにとり臨界的な渦流の凹所な促進させるのを妨げるのが明らかと なっている。

第２に、予め膜に凹所を形成したとき、従って輪郭を付けたプレートにおける凹 所の大きさが１ｍｍ程度のものであったときは、本出願人は、輪郭を付けたプレ ートに対して膜を正確に配置することが非常に困難なことが解り、このためにプ レート及び膜をアッセンブリする際に、凹所はプレートの凹所の中心に位置決め される。アライメントは膜を歪め、かつ膜の両端の所定の流れパターンと著しく 干渉し合うので、効率の損失は許容限界に達する。更に、前記ＥＰ明細書に説明 されているように、膜が本来の場所に形成されていても、第１の導管における高 温流体の圧力により、膜が疎水性であれば膜が膨張し、それらの凹所が輪郭を付 けた対応するプレートの凹所から容易にずれてしまう。

この発明の第１の特徴によれば、前述の種類の膜アッセンブリは、前述の型式の 膜アッセンブリにおいて、対応する膜シートのプレートにほぼ平行な面で、各凹 所の最大直径が対応するプレートの凹所の直径より小さい。凹所の直径はプレー トの凹所の直径よりほぼ１０％小さいのが好ましく、はぼ２０％小さいのが最適 である。

このように各凹所の最大直径を減少させると、第１の流体に渦流の発生を妨げる ことになるが、この場合は逆である。これは、各凹所の周縁が対応する膜シート により、又は凹所の最大深さ対凹所の最大直径の縦横比、好ましいものとして３ 以下の比の減少により達成することができる角度の増加によることが明らかであ る。その結果、本発明による膜アッセンブリに関連したフィルタは、血漿濾過を 実行するときは、血漿濾過速度を、前記ＥＰ明細書によりアッセンブリを用いた フィルタと比較して、２００ｃｍ２の膜を用いた１８ｍ１／ｍｉｎから同一の膜 面積の場合の３５ｍ１／ｍまで増加させること、即ちほぼ１００％の増加させる ことができる。改良された凹所内の渦流混合は、このアッセンブリを血漿フィル タに用いたときは、凹所内の膜に隣接した付加的な剪断効果の結果として、勿論 、血液の蛋白質及び細胞による膜の汚損を減少させることは明らかである。更に 、凹所がプレートにおいて対応する凹所より小さな最大直径を有するので、膜シ ートに凹所な設けたときは、アッセンブリは著しく簡単となり、また膜の全体が 湿潤となり、体のときは、第２の導管を構成している凹所及び膨張したときでも 、膜は支持プレートに対して正しい位置を保持する。

血漿濾過用の又は細菌細胞の濃縮用に適した疎水性の微小孔の膜は、ポリスルホ ンから作成され、直径が０．２μから０．４５μ程度の孔を有する。

このような膜は、真鍮からなる雌型成形具とシリコンゴムから成形された雄型成 形具との間て温度８０°Ｃで膜をプレスすることにより、適当な形状の凹所な得 てもよい。雄型成形具の雄型突起は、同一直径のシリンダ状受台により支持され た半球状の終端部からなるものてよい。

ここで、前記ＥＰ明細書に説明されているＵ字状の導管から明らかなように、導 管が直線状であれば、例えばプレートが長方形であり、雌型成形具の入口及び出 口が前記プレートの反対端に隣接して設けられているときは、簡単になるとみな される。第１の導管のために、対向する長方形プレートの反対端にマニホルドを 備えてもよく、また、第１の流体を介する脈動流は、好ましいものとして、プレ ートの終端を介して伸延し、第１の導管のマニホル、ドの壁を定めた可撓性のダ イヤフラムを有するダイヤラム・ポンプを備えている。

更に、前述の型式の膜アッセンブリについての考察として、マニホルドを使用す る前に、先ず膜アッセンブリを包み込むと、特に第２の流体が液くとも列におけ る１０個置きの凹所の間隔であって溝から全ての残留空気を排除するのが困難に なるということを述べている。前記ＥＰ明細書は、横方向に輪郭を付けたプレー トの凹所の列を伸延させ、長さ方向の溝を相互接続して、その列の単独の凹所の 阻止から来る全列に沿った滞留を防止する付加的な溝を備え得ることを説明して いる。これは、包み込みの際に残留空気を排気する問題を実質的になくすもので はない。

前述の種類の膜アッセンブリに、この発明の第１の特徴と組み合わせて用いるこ とも可能なこの発明の第２の独立した特徴によれば、前述の型式の膜アッセンブ リにおいて、各プレートの輪郭面は、前記溝に交差し、かつ第２の導管の出口に 導かれる相互接続するチャネルのネットワークを付加的に備えると共に、各チャ ネルが溝の断面より大きな断面をそれぞれ有する。これは、第２の導管の総合的 な洗浄を可能にするものであり、淀み領域をなくすと共に、膜アッセンブリが作 動液に浸されたときに、空気を排除するのにも役立つ。

プレートを長方形とした好ましい一実施例では、好ましいものとして、チャネル が各プレートの長辺に沿い、かつ複数の縦方向チャネルが横方向チャネルを相互 接続して梯子状配列のチャネルを形成している。縦方向チャネルの間隔は、少な もよい。

更に、第２の導管を構成する凹所及び溝から全ての残留空気を排除する問題は、 溝が水平方向に伸延する方向に膜アッセンブリを用いたときにもレートはその長 辺に沿った第１の導管の一端から他端への平均的な流れ方向へほぼ長方形である と共に、その溝即ち相互接続された凹所の列は前記プレートの長辺に対しである 傾きて伸延している。

前記アッセンブリが前記プレートの底部の長い方の縁を用いるときは、そのプレ ートの縁に対して、例えば９０°即ち傾けられた溝の性質により、残留空気を第 ２の導管の上端へ上昇させるようにし、かつ傾斜していれば、これも第２の導管 から出口へプレートに沿った転送を促す。その場合に、第２の導管の出口は、第 ２の導管の上端に隣接して、第２の流体の通過流が必要なときは一端に、又は出 口のみが必要なときは適当な位置に設けられる。各プレートの輪郭面は、プレー トの上端の長辺に沿って伸延し、溝と交差し、かつ第２の導管の出口に行くチャ ネルを備えたものでもよく、このチャネルの断面は溝の断面より大きい。

この発明により構成された膜アッセンブリに関連する装置の一実施例が付図に示 されている。

第１図はこの転送膜装置の斜視図、 第２図は第１図の線Ｉ−ＩＩから見た断面図、第３図は第１図の線ＩＩＩ−ＩＩ Ｉから見た断面図、第４図は第１図の線ＩＶ−ＩＶから見た断面図、第５図はり アクタの１枚のプレートの輪郭面のれ、膜１８の終端は側板１５とエンド・プレ ート平面図、 第６図及び第７図はりアクタの２枚のプレート間に２枚のプレートを介して２枚 の膜を並置し、断面図である。

第１図に示すように、装置１３は、垂直壁１４・に而して支持され、対向する同 一の複数の側板１５と、同一の複数対のエンド・プレート１６及び１７とからな る。側板１５は細長い長方形であり、これらのプレートがその隣接面の輪郭を形 成する。側板１５の隣接する輪郭面間には、一対の膜１８が配置されている。側 板１５の長辺には、膜１８が互いに向き合ってプレートを両線するクランプ・ボ ルト１９と、側板１５の溝に密閉されている複数対のシール・ビード２０とに密 閉されている。従って、膜１８間の中央には第１の導管２２が形成され、膜１８ 間と隣接する側板１５の輪郭面との間の縁には第２の導管２３が形成される。プ レートの輪郭面にはラダー状アレーのチャネル２４が形成される。このチャネル ２４は、膜１８と側板１５の輪郭面との間にある第２の導管２３の洗浄及び初期 泡抜きを確実にするものである。

側板１５の各端には、２つのエンド・プレート１６及び１７がボルト２５により ボルト止めさ側板１５の各終端において、各節２の導管２３１６及び１７との間 の終端間にクランプされている。

各エンド・プレート１６とこれに隣接するエンド・プレート１７との間には、可 撓性のダイアフラム２７の外側に伸延するフランジ２６がクランプさ°れている 。エンド・プレート１６の内部の空間に第１のチャンバー２２の隣接端と連通し てマニホルド２８が形成され、各マニホルド２８は孔２１を介して外部のニップ ル２９及びホース２９′に接続されている。ダイアフラム２７は対応するエンド ・プレート１７内の空間内に適合され、部材３３の各終端で支持されてアーム３ １．３１′によりそれぞれ支持されたブツシャ−３０，３０′により駆動される 。この部材はクランク３６を介して作用するモータ３５により直線ベアリング３ ４により往復運動が可能である。部材３３が前後に移動すると、液体が第１の導 管２２を介して前後に急激に押出される。しかし、平均した流れが第１の導管２ ２に必要なときは、ブツシャ−３０のストロークをプッシャー３０’よりも対応 するエンド・プレート１７に伸長させ、その結果、第１の導管２２の往復流に入 口のホース２９から出口のホース２９′への正味の平均的な流れとなる成分が加 わる。

及びチャネル２４のうちで対応する一つが各プレートのボート３７、各プレート における孔３８を通ってニップル及びホース３９．３９′と連通している。

さく、各凹所の最大深さの縦横比は２．８５である。

溝４１はそれぞれ幅が１．３ｍｍ及び深さが１ｍｍである。

凹所及び凹所の大きさが以上のとおりであるときは、チャネル２４はそれぞれ最 大幅が２ｍｍ　、かつ最大深さが１．５ｍｍであり、横方向チャネルがプレート に沿って約２０ｍｍ間隔で間隔を置くのが適当なものとなる。これがこのような 関係で何を意味するかを理解するため、各側板１５は長さはほぼ１５０ｍｍ　、 幅が１００ｍｍとする。この装置を第１図に示す方向に用いたときは、チャネル ２４を省略することができる。更に、溝４１がプレートの長さ方向に対して９０ °傾けられているとき、即ち垂直のときは、垂直のチャネル２４を省略し、各プ レートの上端の長辺に沿ったチャネル２４のみを残してもよい。

使用中に、第１の導管２２内の液体をマニホルド２８間で前後に押出す際に、プ ッシャー３０の位相外れのために、液体の渦流が凹所４２内に形成される。これ は、大量の液体を膜にうまく接触させるものであり、従って膜を介してガス又は 他の物質を液体に又はこれから転送するのを促進させるものとなる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成２年５月２日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．一方のプレートの輪郭面から間隔を置き、他のプレートの同様の輪郭面に面 した全体として平行な一対のプレート（１５）と、ほぼ全領域にわたり前記プレ ート間に狭い間隔で対向する転送膜物質の一対のシート（１８）とを備え、各シ ートが隣接するプレートの輪郭面により支持され、かつ部分的に入れ子となって 、膜間に第１の流体用の第１の導管と、各膜と前記隣接するプレートとの間に第 ２の流体の第２の導管（２３）とを備え、各膜はその面が他の膜と対向して規則 的に密接して包み込まれた固定的な凹み状のアレーの凹所（４２）を設け、前記 凹所はそれぞれ他の膜における同様の凹所に対向してほぼ揃えられ、前記プレー トの輪郭面は前記膜の凹所により揃えられ、かつ溝（４１）を介して相互接続さ れた凹所（４０）を備え、第１の流体が脈動流により前記第１の導管を介して通 過したときに、渦流混合が前記膜の凹所に発生するように構成された質量又は熱 転送装置に用いる膜アッセンブリにおいて、各凹所の最大直径は、対応する膜シ ートの面で対応するプレートの凹所の直径より小さいことを特徴とする膜アッセ ンブリ。
2. ２．請求項２記載の膜アッセンブリにおいて、各凹所（４２）の最大直径は対応 するプレートの凹所（４０）のものより少なくとも１０％小さいことを特徴とす る膜アッセンブリ。
3. ３．請求項２記載の膜アッセンブリにおいて、各凹所の最大直径は対応するプレ ートの凹所のものよりほぼ２０％小さいことを特徴とする膜アッセンブリ。
4. ４．前記請求項のいずれか一つに記載の膜アッセンブリにおいて、最大深さの凹 所に対する最大直径の各凹所（４２）の縦横比は３以下であることを特徴とする 膜アッセンブリ。
5. ５．前記請求項のいずれか一つに記載の膜アッセンブリにおいて、プレート（１ ５）は長方形であり、前記第１の流体の入口（２９）及び出口（２９′）は隣接 する前記プレートの反対端に設けられていることを特徴とする膜アッセンブリ。
6. ６．請求項５記載の膜アッセンブリにおいて、マニホルド（２８）は対向する前 記第１の導管用の長方形のプレートが対向する終端に設けられ、前記第１の導管 を介する脈動流は前記プレートの終端を介して伸延し、かつ前記第１の導管のマ ニホルドの壁を定める可撓性のダイアフラム（２７）を有するダイアフラム・ポ ンプを備えていることを特徴とする膜アッセンブリ。
7. ７．前記請求項のいずれか一つに記載の膜アッセンブリにおいて、更に、各プレ ート（１５）の輪郭面は溝（４１）と交差し、かつ第２の導管（２３）用の出口 （３９′）に導かれ、相互接続するチャネル（２４）のネットワークを備えると 共に、各チャネルは溝（４１）の断面よりも大きな断面を有することを特徴とす る膜アッセンブリ。
8. ８．請求項７記載の膜アッセンブリにおいて、請求項５又は６によるときは、前 記チャネル（２４）は各プレートの長辺に沿って一つ伸延し、縦方向の複数チャ ネルは横方向の複数チャネルと相互接続されてラダー状アレーのチャネルをなす ことを特徴とする膜アッセンブリ。
9. ９．前記請求項のいずれかの項に記載の膜アッセンブリにおいて、各膜における 前記凹所（４２）は平行な複数列に設けられ、各列における前記凹所は隣接する 横方向の列で入れ子が形成されるように、長さ方向に隣接する凹所の中間位置へ オフセットされ、更に前記プレートにおける前記凹所（４０）は第１の凹所をそ の列に沿った次の凹所に相互接続する前記溝（４１）と対応する列に配列されて いることを特徴とする膜アッセンブリ。
10. １０．少なくとも請求項５に記載の膜アッセンブリにおいて、前記膜アッセンブ リは垂直面にある前記プレート（１５）の面、及びほぼ水平方向に前記プレート の長さ方向を用いるようにされ、前記溝（４１）、従って相互接続されている凹 所（４０）の列は前記プレートの長さ方向に傾斜して連なることを特徴とする膜 アッセンブリ。
11. １１．請求項９に記載の膜アッセンブリにおいて、各プレート（１５）の前記輪 郭面は前記プレートの上端の長辺に沿って伸延し、かつ前記溝（４１）と交差し 、かつ前記第２の導管（２３）の出口（３９′）に導かれるチャネル（２４）を 備えており、前記チャネルは溝の断面よりも大きな断面を有することを特徴とす る膜アッセンブリ。
12. １２．一方のプレートの輪郭面から間隔を置き、他のプレートの同様の輪郭面に 面した全体として平行な一対のプレート（１５）と、ほぼ全領域にわたり前記プ レート間に狭い間隔で対向する転送膜物質の一対のシート（１８）とを備え、各 シートが隣接するプレートの輪郭面により支持され、かつ部分的に入れ子となっ て、膜間に第１の流体用の第１の導管と、各膜と前記隣接するプレートとの間に 第２の流体の第２の導管（２３）とを備え、各膜はその面が他の膜と対向して規 則的に密接して包み込まれた固定的な凹み状のアレーの凹所（４２）を設け、前 記凹所はそれぞれ他の膜における同様の凹所に対向してほぼ揃えられ、前記プレ ートの輪郭面は前記膜の凹所により揃えられ、かつ溝（４１）を介して相互接続 された凹所（４０）を備え、第１の流体が脈動流により前記第１の導管を介して 通過したときに、渦流混合が前記膜の凹所に発生するように構成された質量又は 熱転送装置に用いる膜アッセンブリにおいて、各プレートの輪郭面は前記溝を交 差させ、前記第２の導管（２３）の出口（３９′）に導かれる相互接続するチャ ネル（２４）のネットワークを付加的に備えると共に、各チャネルは溝（４１） の断面より大きな断面を有することを特徴とする膜アッセンブリ。
13. １３．一方のプレートの輪郭面から間隔を置き、他のプレートの同様の輪郭面に 面した全体として平行な一対のプレート（１５）と、ほぼ全領域にわたり前記プ レート間に狭い間隔で対向する転送膜物質の一対のシート（１８）とを備え、各 シートが隣接するプレートの輪郭面により支持され、かつ部分的に入れ子となっ て、膜間に第１の流体用の第１の導管と、各膜と前記隣接するプレートとの間に 第２の流体の第２の導管（２３）とを備え、各膜はその面が他の膜と対向して規 則的に密接して包み込まれた固定的な凹み状のアレーの凹所（４２）を設け、前 記凹所はそれぞれ他の膜における同様の凹所に対向してほぼ揃えられ、前記プレ ートの輪郭面は前記膜の凹所により揃えられ、かつ溝（４１）を介して相互接続 された凹所（４０）を備え、第１の流体が脈動流により前記第１の導管を介して 通過したときに、渦流混合が前記膜の凹所に発生するように構成された質量又は 熱転送装置に用いる膜アッセンブリにおいて、各プレート（１５）は前記プレー トの長さ方向に前記第１の導管を介してその他端からの平均的な流れの方向にほ ぼ長方形であり、かつ前記溝（４１）、従って相互接続された凹所（４０）の列 は前記プレート長さ方向に傾斜して伸延することを特徴とする膜アッセンブリ。
14. １４．請求項１３記載の膜アッセンブリにおいて、前記溝（４１）は対応する前 記第２の連管（２３）から出口（３９′）へ前記プレートに沿った構成要素と共 に前記プレートの長さ方向に傾斜して伸延することを特徴とする膜アッセンブリ 。