JPH04330921A - らせん巻きろ過装置 - Google Patents

らせん巻きろ過装置

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JPH04330921A
JPH04330921A JP3356562A JP35656291A JPH04330921A JP H04330921 A JPH04330921 A JP H04330921A JP 3356562 A JP3356562 A JP 3356562A JP 35656291 A JP35656291 A JP 35656291A JP H04330921 A JPH04330921 A JP H04330921A
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JP
Japan
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fluid
cartridge
end plate
permeate
separation cartridge
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Application number
JP3356562A
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English (en)
Inventor
Steven R Pearl
スティーブン・アール・パール
Peter M Dansky
ピーター・エム・ダンスキー
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EMD Millipore Corp
Original Assignee
Millipore Corp
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Publication date
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Publication of JPH04330921A publication Critical patent/JPH04330921A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10Accessories; Auxiliary operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10Spiral-wound membrane modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超ろ過又は逆浸透法等
の流体分離工程に使用されるらせん巻きろ過装置(流体
透過性膜をらせん状に巻回して成るらせん巻き分離カー
トリッジを使用したろ過装置)に関し、特に、使用中ら
せん巻き分離カートリッジ内及びその周りに流体の淀み
又は滞留が生じるのを防止する供給流体一部バイパス手
段(供給流体の一部分をらせん巻き分離カートリッジに
通さずバイパスさせて通流させるための手段)を備えた
らせん巻きろ過装置に関する。
【0002】
【従来の技術】中心チューブと、該中心チューブの周り
にらせん状に巻装された流体透過性膜シート、供給流体
スペーサ(供給流体透過性スペーサ)及び透過液スペー
サ(透過液透過性スペーサ)から成るらせん巻き分離カ
ートリッジ即ちろ過カートリッジは、従来から提案され
ている。らせん巻き分離カートリッジは、使用中、該カ
ートリッジに物理的強度を付与するために円筒形のハウ
ジング内に保持される。供給流体は、全体としてらせん
巻き分離カートリッジを軸方向に貫流する。膜シートは
、V字形であり、供給流体スペーサはV字形膜シートの
内側に配置され、透過液スペーサはV字形膜シートの外
側に配置されている。供給流体スペーサは、供給流体を
V字形膜シート内へ導くのを助成し、透過液スペーサは
、透過液(ろ液)を、V字形膜シートの外側から透過液
回収のための中心導管内へ該導管の周壁の貫通穴を通し
て導入するのを助成する働きをする。供給流体がらせん
巻き分離カートリッジを軸方向に貫流する間に膜シート
によって保持された膜上(膜を透過せず、膜によって保
持されたもの)は、カートリッジの供給流体導入端とは
反対側の端部から回収される。
【0003】このようならせん巻き分離カートリッジ式
ろ過装置において、使用中カートリッジが膜上により詰
まりを生じ、その結果バクテリアの繁殖を起こすのを防
止するために、上記ハウジングとカートリッジの外周面
との間のスペース内へ供給流体の一部を一定の制御され
た割合でバイパスさせることが、従来から提案されてい
る。例えば、米国特許第4,301,013号は、供給
流体のバイパス流を流すために、ハウジングとカートリ
ッジの外周面との間のスペース内にメッシュを密嵌合さ
せることを開示している。又、米国特許第4,548,
714号は、カートリッジの周りに供給流体の一部を流
すためにカートリッジの外周面を供給流体スペーサの一
部分で包被することを教示している。米国特許第4,9
06,372号は、カートリッジの外周面をハウジング
の内壁面から離隔させ、供給流体のバイパス流を流すた
めに、ハウジング内に剛性の多孔質シームレススリーブ
を配設することを提案している。しかしながら、これら
のカートリッジは、いずれも、現場での使用を可能にす
るのに必要な、特にハウジング内のカートリッジを交換
するのに必要な所要の公差でもって製造するのが困難で
ある。即ち、これらのカートリッジ及びハウジングは、
1つ1つ、サイズ(直径)及び形状にむらがあるので、
現場での交換が困難である。
【0004】米国特許第3,966,616号に開示さ
れているような粘着テープによって、あるいはエポキシ
で結合された巻回ガラスフィラメントによってカートリ
ッジを包被することにより、あるいは、カートリッジの
外周にスリーブを熱収縮させて嵌着させることにより、
カートリッジのサイズ(直径)を均一にすることも提案
されている。しかしながら、粘着テープやガラスフィラ
メントの使用は、供給流体中の固形粒子が粘着テープの
継目やガラスフィラメントに保持され、それによってデ
ッドスペースや淀み領域を生じ、その結果バクテリアの
繁殖を起こさせるので、好ましくない。又、熱収縮によ
りスリーブをカートリッジに嵌着させる方法も、カート
リッジのサイズ及び形状にむらが生じ、得られるカート
リッジの強度が十分でなく、カートリッジを取り扱う際
手から滑り抜け易いので、やはり好ましくない。
【0005】又、ハウジングとカートリッジの間にシー
ルを設定するためにカートリッジの外周に可撓性の密封
ガスケットを設けることも提案されている。その場合、
ハウジングとカートリッジの間のスペースに流体を通す
ために可撓性ガスケットに複数個の小さな穴を穿設する
。しかしながら、この構成は、高圧下での使用中穴が変
形又は閉塞することがあるので望ましくない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述した従来技術のいろいろな欠点に鑑みて、らせん巻き
ろ過装置を使用中清浄に維持する(淀みや詰まりを生じ
させないようにする)ための制御された供給流体バイパ
ス手段を有するらせん巻きろ過装置を提供するに当り、
上述した従来技術のいろいろな欠点を克服することを課
題とする。又、本発明は、現場で容易に使用することが
でき、必要に応じてらせん巻き分離カートリッジを交換
することができるせん巻きろ過装置を提供することを課
題とする。更に、本発明は、供給流体のバイパスを狭い
誤差範囲内で制御することができるせん巻きろ過装置を
提供することを企図したものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、らせん巻き分離カートリッジ(以
下、「分離カートリッジ」又は「ろ過カートリッジ」又
は単に「カートリッジ」とも称する)の全周を流体透過
性の外側ラップ(包被材)によって包被し、該外側ラッ
プで包被されたカートリッジを剛性の充実(非孔質)外
側チューブで包被する。この分離カートリッジを、その
外側チューブとの間にスペースを画定するようにして充
実(非孔質)ハウジング内に収容する。この分離カート
リッジは、複数のV字形の流体透過性膜(「ろ膜」又は
単に「膜」とも称する)と、複数の多孔質の供給流体ス
クリーンと、複数の多孔質の透過液スクリーンを中心チ
ューブの周りにらせん状に巻装することによって構成さ
れたものである。ここで、「供給流体スクリーン」とは
、供給流体を透過させることができるスクリーンという
意味であり、「透過液スクリーン」とは、透過液を透過
させることができるスクリーンという意味である。上記
中心チューブは、その内部空間と透過液スクリーンとの
間に制御された流体連通を設定するための複数の穴を有
している。上記外側ラップは、上記供給流体スクリーン
又は透過液スクリーンのような流体透過性の層によって
構成し、上記外側チューブの内側に密に嵌合させる。 この外側チューブの一端に、供給流体を分離カートリッ
ジ内へ導入するための流体供給手段を設け、外側チュー
ブの他端に、分離カートリッジから膜上(膜を透過せず
、膜によって保持されたもの)を回収するための手段を
設ける。又、分離カートリッジの中心チューブの一端又
は両端に透過液を回収するための手段を設ける。上記流
体供給手段は、供給流体をカートリッジと、制御された
バイパス流路へ送給する。「バイパス手段」又は「バイ
パス流路」とは、供給流体の一部分をらせん巻き分離カ
ートリッジに通さずにバイパスさせて通流させるための
手段又は流路のことである。バイパス流路は、上記外側
チューブとハウジングの間のスペースへ通じる、剛性の
充実(非孔質)板に設けた貫通穴によって構成する。
【0008】
【実施例】第1図を参照すると、ハウジングと流体供給
手段を除いた本発明のらせん巻きろ過装置10が示され
ている。このろ過装置10は、両端に該装置から透過液
を回収するための出口14、16を有する中心チューブ
12を備えている。所望ならば、一方の出口14又は1
6からだけ透過液を回収するように出口14、16のど
ちらか一方を閉鎖しておいてもよい。らせん巻き部分即
ちらせん巻き分離カートリッジ18は、第2図に示され
るように、上記中心チューブ12と、その周りにらせん
状に巻装された流体透過性膜38と、多孔質の供給流体
スクリーン40と、多孔質の透過液スクリーン42とか
ら成る。この分離カートリッジ18に剛性の充実外側チ
ューブ26を被せる。(ここで、「充実」とは、「非孔
質の」又は「無孔の」という意味である。)このらせん
巻き分離カートリッジ18の外周と、外側チューブ26
との間に多孔性の間隙が設けられるように、分離カート
リッジ18のらせん巻き外周面33を流体透過性の外側
ラップ(包被材)で包被しておく。図示の実施例では、
この外側ラップは、透過液スクリーン42を延長させる
ことによって構成されているが、所望ならば、外側ラッ
プは、供給流体スクリーン40であってもよく、あるい
は、円筒状スクリーンのような任意の多孔質シートであ
ってよい。ただし、らせん巻き外周面33を包む外側ラ
ップとしては透過液スクリーン42を用いるのが好まし
い。なぜなら、透過液スクリーン42は、通常、供給流
体スクリーン40より網目が密であり、流体の流量を低
くし、従って無駄を少なくするからである。透過液スク
リーン42の内端は、中心チューブ12を囲包し、該中
心チューブに取付けられている。かくして、透過液スク
リーン42は、その内端と外端とで固定されるので、ス
リップすることがない。
【0009】供給流体及び膜上(膜を透過せず、膜によ
って保持されたもの)と、透過液(ろ液)とが混合する
のを防止するために、図示の実施例では、分離カートリ
ッジ18の外側ラップとして用いられた透過液スクリー
ン42をその最外端近くにおいて軸方向の端部シール(
例えば接着剤又は接着テープ)20によってらせん巻き
外周面33に封着する。端部シール20は、供給流体及
び膜上が、カートリッジ18内でろ過された透過液(ろ
液)と混合するのを防止する。
【0010】分離カートリッジ18の一端に剛性の充実
端板24を配設し、端板24の外周縁64を剛性の充実
外側チューブ26の外周28に密封状態に接合し、端板
24の内周縁30を中心チューブ12の出口16の周縁
に密封状態に接合する。端板24の出口32は、中心チ
ューブ12の出口16と透過液回収導管34に流体連通
させる。膜上は、分離カートリッジ18のらせん巻き外
周面33から端板24の出口穴36を通って流出し、後
述する膜上回収導管70によって回収される。
【0011】第2図を参照すると、巻回される前のカー
トリッジ18が示される。中心チューブ12の周りに複
数のV字形のろ膜38が配設され、各供給流体スクリー
ン40は、各V字形膜38の内側に配置され、透過液ス
クリーン42はV字形膜38の外側に配置されている。 米国特許第3,966,616号に開示されているよう
に、供給流体が透過液スクリーン42に流入するのを防
止するために、透過液スクリーン42の、カートリッジ
18の後述する流体供給手段に隣接する側の端部に位置
する側縁は、それに隣接する膜38に封着される。V字
形膜38は、超ろ過膜又は逆浸透膜又は微孔質膜等の任
意の流体透過性膜であってよい。第2図に示される状態
に配設された膜38、及びスクリーン40,42を中心
チューブ12の周りにらせん状に巻装することによって
第1図に示されるカートリッジ18を形成する。先に述
べたように、図示の実施例ではカートリッジの外側ラッ
プは、第2図に示される細長い透過液スクリーン42に
よって構成するが、そのような外側ラップは、所望なら
ば、複数の透過液スクリーン42と供給流体スクリーン
40をオーバーラップさせることによって形成してもよ
く、1層以上のスクリーンで形成してもよい。先に述べ
たように、透過液スクリーン42は中心チューブに取付
けられており、透過液スクリーン42の外端を軸方向の
端部シール20によって封止することによりカートリッ
ジ18をシールする。それによって、後述する供給流体
が、透過液スクリーン42の内部動作部分に侵入するの
を防止する。透過液スクリーン42から成る上記外側ラ
ップは、供給流体が該外側ラップに侵入し、らせん巻き
カートリッジ18の外表面と外側チューブ26の内へよ
う面との間の空間を洗浄するための手段を構成する。
【0012】透過液スクリーン42は、通常、ポリプロ
ピレン又はポリエチレンの押出しネット又は織成布で形
成する。使用において、供給流体は、カートリッジ18
のらせん巻き表面から供給流体スクリーン40に流入す
る。透過液(ろ液)は、膜38を透過して透過液スクリ
ーン42に流入し、中心チューブ12の周壁に設けられ
た穴44を通って中心チューブ内に入り、透過液回収導
管34及び、又は後述する透過液回収導管68によって
回収される。
【0013】先に述べたように、製造に当って、らせん
巻きカートリッジ18は剛性の外側チューブ26に挿入
される。この剛性の外側チューブ26は、カートリッジ
18のサイズ(直径)及び形状を一定に保つ役割を果た
すので、カートリッジを後述する円筒形のハウジング5
6内に容易に挿入することができ、カートリッジの交換
が簡単である。
【0014】第3〜6図を参照して説明すると、分離カ
ートリッジ18の、一端に端板24が配設されている側
とは反対の端部に供給流体を供給するための流体供給手
段を構成する剛性の充実端板48を結合する。即ち、端
板48の外周縁76を剛性の充実外側チューブ26の外
周28に密封状態に接合し、端板48の内周縁78を中
心チューブ12の出口14の周縁に密封状態に接合する
。端板48は、供給流体をカートリッジ18内へ通すた
めの複数個の周囲穴50と、カートリッジ18を通して
生成された透過液を回収するために中心チューブ12の
出口14に接続する出口14’ を有している。端板4
8は、更に、供給流体の一部をカートリッジの外側チュ
ーブ26とハウジング56との間のスペース54(第6
図参照)へバイパスさせるための流体連通を設定する複
数個の外側周囲穴即ちバイパス穴52を有している。バ
イパス穴52のサイズ及び個数は、供給流体の望ましい
バイパス流量に応じて定めることができる。端板48は
、ポリマー材又は金属材のような剛性の充実材でで形成
されたものであるから、バイパス穴52は、使用中変形
することがない。端板48の外周を取り巻く可撓性ガス
ケット55を配設し、端板の外周縁に形成された外周ス
ロット内に嵌入させる。このガスケット55は、流入す
る供給流体の圧力を受けて、ハウジング56の内周面に
密封状態に圧接し、バイパス穴52を通すバイパス流以
外には、端板48を通しての供給流体のバイパス流を防
止する。このように、ガスケット55は、バイパス穴5
2を通す以外のバイパス流を防止するので、スペース5
4内を流れる供給流体のバイパス流量が正確に制御され
る。スペース54内を流れる供給流体のバイパス流は、
該スペース内に詰まりを生じたり、バクテリアの繁殖が
起るのを防止する。
【0015】第6図に示されるように、供給流体は、導
管60を通ってマニホールド62に入り、端板の穴50
を通ってカートリッジ18内に流入する。カートリッジ
18内で生成された透過液は、中心チューブ12の周壁
の穴44を通って中心チューブ内に入り、透過液回収導
管34及び透過液回収導管68を通って流出し回収され
る。一方、膜上は、カートリッジ18から端板24の穴
36を通り、膜上回収導管70を通って流出する。端板
24は、本発明の装置に必ずしも設けなくてもよい。所
望ならば、バイパス穴52を備えた端板48をカートリ
ッジ18の下流側の端部に端板24に代えて設けてもよ
い。
【0016】剛性の外側チューブ26、カートリッジ1
8、剛性の端板24及び剛性の端板48から成る一体構
造体を交換する場合には、クランプ72,74を外し、
ハウジング56内から該一体構造体を取出して、新しい
一体構造体をハウジング内へ挿入する。先に述べたよう
に、中心チューブ12の両端からではなく一端だけから
透析液を回収するようにその出口14、16のどちらか
一方を閉鎖しておいてもよい。
【0017】第7図を参照すると、第5、6図の端板4
8に相当する端板82の外周縁とハウジング56の内周
面との間を密封するために、切頭円錐形のガスケット5
5に代えてOリングから成る可撓性ガスケット84を用
いた本発明の変型実施例が示されている。リング状の端
板82の外周には、円周方向に間隔をおいて複数個のバ
イパス穴52が形成されている。ガスケット84は、端
板の周囲スロット86内に挿入される。端板82の外周
縁はカートリッジの外側チューブ26に接合され、端板
82の中心を貫通した透過液回収導管90をカートリッ
ジの中心チューブ12の出口端にOリング92を介して
密封状態に接続する。供給流体の主流は矢印88で示さ
れるようにリング状端板82を通って流入し、供給流体
のバイパス流は穴52を通ってスペース54内に流入す
る。
【0018】第8図を参照すると、第5、6図の端板4
8に相当する端板93の外周縁とハウジング56の内周
面との間を密封するためのガスケットは、第5、6図の
例の場合と同様に切頭円錐形のガスケット55であるが
、端板92をリング状のものとした本発明の変型実施例
が示されている。このリング状の端板93は、供給流体
の主流88を通す複数個の穴を有しているが、バイパス
穴97は、端板93にではなく、カートリッジ18の剛
性の外側チューブ26に形成されている。端板93の外
周縁はカートリッジの外側チューブ26に接合され、端
板93の中心を貫通した透過液回収導管95をカートリ
ッジの中心チューブ12の出口端にOリング92を介し
て密封状態に接続する。所望ならば、第7及び8図の実
施例において、バイパス穴52又は97を端板82又は
93と、外側チューブ26の両方に設けてもよい。
【0019】
【発明の効果】叙上のように、本発明によれば、分離カ
ートリッジ18の外側チューブ26、流体供給手段及び
供給流体バイパス手段48,52は、いずれも、剛性の
充実(非孔質)部材であるから、そのサイズ及び形状を
厳密な公差で製造することができ、従って、現場での分
離カートリッジ18の交換を容易にする。
【0020】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1図は、流体供給手段を除く、本発明のらせ
ん巻きろ過装置の一部断面による透視図である。
【図2】第2図は、らせん状に巻回される前の状態の本
発明の分離カートリッジの断面図である。
【図3】第3図は、本発明の分離カートリッジ及び流体
供給板の分解図である。
【図4】第4図は、本発明の流体供給板の平面図である
【図5】第5図は、第3、4図の流体供給板の部分断面
図である。
【図6】第6図は、本発明のらせん巻きろ過装置の断面
図である。
【図7】第7図は、本発明の別の実施例によるらせん巻
きろ過装置の部分断面図である。
【図8】第8図は、本発明の更に別の実施例によるらせ
ん巻きろ過装置の部分断面図である。
【符号の説明】
10:らせん巻きろ過装置 12:中心チューブ 14,16:出口 24:端板 26:剛性の充実外側チューブ 34,68:透過液回収導管 38:流体透過性膜 40:供給流体スクリーン 42:透過液スクリーン 44:穴 48:剛性の充実端板 50:供給流体のための穴 52:バイパス穴

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中心チューブと、該中心チューブの周りに
    らせん状に巻装された少くとも1つの流体透過性膜、複
    数の多孔質の供給流体スクリーン及び複数の多孔質の透
    過液スクリーンから成る分離カートリッジと、該分離カ
    ートリッジを通る流体の流れを制御するための剛性の充
    実端板と、該分離カートリッジ内へ供給流体を導入する
    ための手段と、該分離カートリッジから膜上及び透過液
    を取出すための手段とから成り、該中心チューブは、そ
    の内部空間と前記透過液スクリーンとの間に制御された
    流体連通を設定するための複数の穴を有して成るらせん
    巻きろ過装置であって、前記分離カートリッジを包被す
    る流体透過性の外側ラップと、該外側ラップを包被する
    剛性の充実外側チューブと、該分離カートリッジを、そ
    の外側チューブとの間にスペースを画定するようにして
    収容する充実ハウジングと、前記スペースを通る流体の
    流れを制御するために前記端板又は外側チューブの周壁
    に形成された複数の貫通穴、又は、該端板及び外側チュ
    ーブの周壁の両方に形成された複数の貫通穴から成る流
    体流れ制御手段を有することを特徴とするらせん巻きろ
    過装置。
  2. 【請求項2】前記外側ラップは、供給流体スクリーンに
    よって構成されていることを特徴とする請求項1に記載
    のらせん巻きろ過装置。
  3. 【請求項3】前記外側ラップは、透過液スクリーンによ
    って構成されていることを特徴とする請求項1に記載の
    らせん巻きろ過装置。
  4. 【請求項4】前記流体流れ制御手段は、前記端板の外周
    面に形成された複数のバイパス貫通穴と、流体を該バイ
    パス貫通穴を通して制御された流量で前記スペース内へ
    通すように該端板の外周面に嵌合した可撓性ガスケット
    から成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
    載のらせん巻きろ過装置。
JP3356562A 1990-12-27 1991-12-25 らせん巻きろ過装置 Pending JPH04330921A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US634843 1990-12-27
US07/634,843 US5128037A (en) 1990-12-27 1990-12-27 Spiral wound filtration membrane cartridge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04330921A true JPH04330921A (ja) 1992-11-18

Family

ID=24545389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3356562A Pending JPH04330921A (ja) 1990-12-27 1991-12-25 らせん巻きろ過装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5128037A (ja)
EP (1) EP0492250A1 (ja)
JP (1) JPH04330921A (ja)

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