JPH10249172A

JPH10249172A - メンブラン瀘過モジュールおよびこのモジュールを有するメンブラン瀘過システム

Info

Publication number: JPH10249172A
Application number: JP10050783A
Authority: JP
Inventors: Joannes Nicholaus Rekeres Kasper; ヨハネスニコラスレーケルスカスパー
Original assignee: Stork Friesland BV
Current assignee: Stork Friesland BV
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1998-09-22
Also published as: AU728630B2; US6251275B1; AU5640598A; EP0868941A1; NL1005430C2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な方法で透過液を効率的に排出できるメン
ブラン濾過モジュールを提供する。【解決手段】ハウジングと、ハウジング内に収納され、
濾過すべき液体を導入するための液体側と、液体側とは
反対側の濃縮液側とを備える半透過性メンブランと、メ
ンブランを取り囲み、透過液を排出するための透過液排
出管に連通する透過液室とによって構成されるメンブラ
ン濾過モジュールであり、ハウジングの壁部は、液体側
および濃縮液側に向かって閉じられ、透過液室と連通し
ていて、これらのチャネルは透過液排出管として作用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハウジングと、ハ
ウジング内に収納され、濾過すべき液体を導入するため
の液体側と、液体側とは反対側の濃縮液側とを備える半
透過性メンブラン（薄膜）と、メンブランを取り囲み、
透過液を排出するための透過液排出管に連通する透過液
室とによって構成されるメンブラン（薄膜）濾過モジュ
ールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】既知のメンブラン濾過装置では、複数の
モジュールが、装置の単一のハウジング内で直列に、あ
るいは互いに平行に配置されていることが多い。モジュ
ールが直列に接続されている既知の装置では、濾過すべ
き液体を供給するために、ハウジングのいずれかの側に
（放射方向の）供給口が設けられている。各モジュール
はハウジング内に正確に適合するように配置され、濃縮
液が流出する空隙が各モジュールの間にある。これらの
空隙は、流れの方向において見た場合、後続モジュール
のための液体供給部としての役目を果たしている。孔の
あいた透過液排出管が各モジュールおよび各空隙を通し
て中央に伸びており、空隙内にある透過液排出管の部分
には孔がなく、あるいはこのような部分では孔が塞がれ
ている。この透過液は装置のハウジングの両側で軸方向
に外側へ出ている。中空ファイバーの束などの半透過性
メンブラン、多数の外側繊維強化性の中空ファイバー
管、またはらせん状に巻かれたメンブラン部が、モジュ
ールのハウジング内に配置されている。透過液室はメン
ブランのまわりにある小室であり、ハウジングにより区
切られている。これらの既知の装置は、精密濾過（マイ
クロフィルトレーション）、限外濾過、ナノ濾過、また
は逆浸透に適したメンブランといっしょに使用される。
メンブランが中空ファイバー、または外面の平滑な小さ
い外部繊維強化性の中空ファイバー管により構成される
ときには、中空ファイバーの間、および／または外部繊
維強化性の中空ファイバー管の間、および／または透過
液排出管の孔を通る液体の流れは、内部へ向かって次第
に強度を増す中央透過液排出管へと透過液が放射方向
（半径方向）に送られるために抑えられ、その結果、装
置の濾過作用が低下する。このため、既知のモジュール
は透過液の放射方向への流れを促進するための構造を備
えている。しかし、このような構造は、実際に製造する
のが困難であり、また他の構造であったらメンブランを
取付けるために用いることのできる空隙を占有してしま
うという欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
な方法で透過液を効率的に排出でき、上述のような欠点
を克服できるメンブラン濾過モジュールを提供すること
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による上記のよう
な種類のメンブラン濾過モジュールは、ハウジングの壁
部に一つまたはそれ以上の縦方向のチャネル（通路）が
設けられ、これらのチャネルが液体側および濃縮液側に
向かって閉じられ、透過液室と連通していることを特徴
としている。本発明によるフィルタモジュールでは、透
過液は中央透過液排出管だけでなく外側ケーシングの方
へも排出され、透過液の追加的収集および排出を行うこ
とができる。その結果として、たとえばファイバーの束
または外側繊維強化性の中空ファイバー管を通る液体の
（外側から内側へ向かう）放射方向の流れが、かなり弱
められ、ファイバーの束が直接互いに押し付けられるこ
とを防止し、液体の流れの妨害を回避できる。さらに、
ハウジングの内部全体をメンブランを収納するのに用い
ることができ、追加透過液チャネルがあってもそれによ
って有効メンブラン面積が減少することはない。ハウジ
ングは通常の方法でプラスチックまたは金属から製造さ
れる。本発明はまた、液体供給部および透過液排出部を
そなえたメンブラン濾過装置であって、本発明によるメ
ンブラン濾過モジュールを一つまたはそれ以上含んでい
るメンブラン濾過装置に関するものである。以下に、本
発明を付属図面を用いて説明する。

【０００５】

【発明の実施の形態】追加透過液チャネルは、いくつか
の位置で透過液室と連通する内壁チャネル、たとえば、
ハウジングの内壁に設けた部分的円周状溝、とすること
ができる。この場合、透過液チャネルへの透過液の流れ
は前記の位置を通る。しかし、透過液室はまた、その全
長にわたって透過液室に開放された、ハウジング内壁内
の縦方向凹部の形をとることもできる。好ましい実施例
によれば、本発明のモジュールは、モジュールの上部に
このようなチャネルを備え、このチャネルは一つまたは
それ以上の接続ラインにより透過液排出管に接続されて
いる。チャネルがこの位置にあることによって、始動中
に、モジュール内に含まれる空気を容易に除去すること
ができ、また稼働中に、濾過すべき液体中に含まれてい
る空気を除去することができる。上記の接続ラインはモ
ジュールの縦方向で見た場合、互いに距離を置いて配置
されている。ハウジングの内壁ならびに前記チャネルの
内壁は平らではなく、波形であることが有利である。た
とえば、交互に放射状のリブ（凸部）と凹部を設けた形
とするか、不均一な表面となるよう凹凸を設けて薄膜
（メンブラン）が内壁によりシールされないようにする
ことが有利である。さらに、このような波形の内壁は、
下記に述べる“ＷＡＶＩＨＯＬ”管よりも強度が高い。
上部に配置されるチャネルの断面積は、透過液排出管の
断面積と同じであることが好ましい。同様に、接続ライ
ンの総断面積が透過液排出管の断面積に等しいことが好
ましい。内壁チャネルを有するプラスチック製のハウジ
ングの重要な利点は、この種のハウジングが適当な押出
し技術（たとえば、ＮＬ−Ａ−７５００３６８を参照）
を用いて容易に製造することができ、さらにチャネルと
内部の間に接続部を形成するため簡単な技術を用いて処
理できることである。さらに、内側に向かって閉じられ
ているチャネルを有するこの種の製品は、モジュールハ
ウジングとしての使用に適した標準寸法の標準管として
すでに市販されている。しかし、この場合、壁の空隙は
液体を通すための流路として機能せず、この空隙はむし
ろ重量を減らすために設けられている。一例として、Ｗ
ａｖｉｎ社によって“ＷＡＶＩＨＯＬ”の商品名で市販
されているＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）管がある。これ
らの空隙の寸法は、透過液チャネルとして機能するのに
充分な大きさのものである。ハウジングの壁部にあるチ
ャネルの形、数、および位置は重要ではない。円形、正
方形、矩形、六角形または楕円形のいずれであってもよ
い。通常は、壁上に均等に配分された複数のチャネルが
ある。チャネルと内部の間の接続部は、たとえば内壁の
開放部分をフライス加工することにより、またはこの壁
部をチャネルまでドリル加工することによって、既知の
管で容易に作ることができる。チャネルが透過液チャネ
ルとして用いられるときには、チャネルが液体側または
濃縮液側と連通せず、むしろ液体側および濃縮液側に対
して閉じられていることが好ましい。チャネル内にある
透過液をさらに排出するために、これらのチャネルは、
一端または両端で、できれば濃縮液側の端部で透過液排
出管と連通していることが好ましい。これらの透過液チ
ャネルの総容量が充分に大きいときには、濾過作用を行
うための中央透過液排出管は用いなくてもよい。この場
合、チャネルはハウジングの外壁にある排出口を経て、
ハウジングの外側にある透過液収集管と連通しているこ
とが好ましい。しかし、中央透過液排出管があればモジ
ュールの洗浄にとって有利である。本発明によるメンブ
ラン濾過モジュールのもう一つの実施例では、ハウジン
グの壁部に、両端に開口部のある一つまたはそれ以上の
洗浄チャネルが設けられている。この実施例はとくに、
一つのハウジング内に直列に接続された濾過モジュール
を備えたメンブラン濾過装置で使用するのに適してい
る。濾過（分離、浄化または濃縮）中に、液体からの汚
染物質がメンブラン上および空間内に析出し、装置の作
用に悪影響を与える。この種の装置の濾過効率を受諾可
能なレベルに保つために、モジュールを定期的に洗浄す
る。この洗浄作業中に、洗浄液が通常、透過液排出管を
通してモジュール内に導入され、析出した汚染物質を除
去するために、メンブランを通して逆流し、また空間内
へと洗浄を行う。しかし、たとえば粒子を形成する凝集
の結果、空間内にある汚染物質が大きくなり、粒子の一
方の寸法がメンブランのファイバーまたは小さい管の開
口部の寸法よりも大きくなると、寸法の小さい汚染物質
がメンブランへ到達できなくなり、効率のよい洗浄作業
を行えなくなる。さらにこれらの大きい凝集物もメンブ
ランを通して装置から除去できなくなる。上記の実施例
では、洗浄作業に関連して、一つまたはそれ以上の洗浄
チャネルがモジュールハウジングそれ自体の壁部に設け
られ、その結果、ハウジングの内部全体が半透過性メン
ブランのために利用でき、一つまたはそれ以上の洗浄チ
ャネルがあってもそれにより濾過作用が大きく影響を受
けることはない。これらの洗浄チャネルは、モジュール
の液体側と濃縮液側の間に開放された接続部を形成して
いる。既知の管をモジュールハウジングとして用いると
き、またこれらの洗浄チャネルがすでに存在し、透過液
チャネルを形成するときには、これらのチャネルは単に
両端で塞ぐようにし、空隙と内部の間に接続部を形成す
るようにする。しかし、これらの洗浄チャネルはモジュ
ールのいずれかの側で圧力を均等にするため、実際の濾
過に際しても有用である。メンブランでは、濾過中で
も、また洗浄中でも、メンブラン内で液体が軸方向に流
れるため圧力低下が起きる。この圧力低下はモジュール
の寸法を限定する要因であり、モジュールの寸法が大き
すぎて、メンブランの下流部分での圧力が低くなり、メ
ンブランのこの部分で濾過が全く、またはわずかしか行
われず、また逆洗浄が行われるようであってはならな
い。洗浄チャネルはモジュールの両側の間で開いた接続
部（バイパス）を形成しているが、これによって有効メ
ンブラン表面を失うことなく、両側での静水圧が均等化
され、メンブラン内の作動圧が高くなる。その結果、モ
ジュールの長さを長くして経済的利点を得ることができ
る。液体の放射方向の流れが妨害されるという上記の問
題を防止するよう透過液チャネルを追加するために、第
一の直径を有する第一メンブラン部と、第二の直径を有
する第二メンブランによって構成されるメンブランを用
い、第二直径を第一直径より大きくすると有利である。
相対的に大きい直径を有するメンブラン部は、もう一方
のメンブラン部が固くしめ付けられるのを防止し、その
結果、透過液が放射方向へ流れるようにすることができ
る。直径の異なるこれらのメンブラン部は同じ種類のも
のでもよく、たとえば細かい、または粗い中空ファイバ
ー、または直径の異なる外側繊維強化性の中空ファイバ
ー管を用いることができる。また異なる種類のものを組
合わせることもできる。たとえば、直径の小さいメンブ
ラン部として中空ファイバーを用い、直径が相対的に大
きい第二メンブラン部として外側繊維強化性の中空ファ
イバー管および／または繊維強化毛管を用いてもよい。
できれば、第一メンブラン部と第二メンブラン部の直径
比は少なくとも１：２とすることが好ましい。本発明に
よる濾過モジュールの好ましい実施例では、メンブラン
は中空ファイバーの束と、外側繊維強化性の中空ファイ
バー管とにより構成されている。第二メンブラン部の好
ましい位置は中央透過液排出管の周縁部のまわりであ
る。もう一つの有利な実施例によれば、直径が相対的に
大きいメンブラン部が（また）モジュールのハウジング
の内壁部分に配置される。この後者の実施例は、ハウジ
ングの壁部に上記の透過液チャネルが設けられていると
きに有利である。この種の構成は技術的に比較的簡単に
実現することができる。

【０００６】

【実施例】図１はメンブラン濾過装置１の断面図であ
る。この装置１は、両端部分に放射状の液体供給口３お
よび４を備えたハウジング２によって構成され、この液
体供給口はまた、選択により断続的に行われる洗浄排出
口としての役目を果たしている。３個のメンブラン濾過
モジュールが装置１のハウジング２内に正確に適合する
ように配置され、このうち外側の２個のモジュールは参
照番号５で示し、中央のモジュールは参照番号５′で示
してある。各モジュール５はハウジング６を含んでお
り、このハウジングの構造は他の図面により下記に詳細
に説明する。半透過性メンブラン７、たとえば中空ファ
イバーの１本の束、または多数の外側繊維強化性の中空
ファイバー管（図では細い水平の線で示してある）が、
ハウジング６内にある。メンブランの液体側を参照番号
８で示し、濃縮液側を参照番号９で示す。濾過中、液体
供給口３および４を通じて供給される濾過すべき液体
は、モジュール５内で透過液と濃縮液に分離され、透過
液はメンブラン７を通って透過液室１０に入り、濃縮液
はメンブラン７を通過しない。透過液は透過液室１０を
出て、一部に穿孔を備えた透過液排出管１１に入る。両
モジュール５からの透過液はこの透過液排出管１１に集
められ、次に装置１の一端または両端で排出される。濃
縮液は濾過モジュール５を出て空間１２および１３に流
入し、中央のメンブラン濾過モジュール５′に入って、
さらに分離され、そのあと濃縮液排出部を経て逆流する
ことにより装置１から出される。メンブラン７の端部は
既知の方法でハウジング６内に固定されている。上に述
べたように、中空ファイバーまたはメンブランの外側繊
維強化性の中空ファイバー管が互いに押付けられ、また
透過液排出管に対して押付けられて、モジュール内での
透過液の流れが妨害される恐れがある。本発明によれ
ば、モジュール５および５′のハウジング６は一つまた
はそれ以上の透過液チャネル２１を含んでいて、これら
の透過液チャネルはハウジング６の壁部２２内にある。
これらの透過液チャネル２１は透過液室１０と連通して
いてモジュールの液体側および濃縮液では閉じていて、
濾過される液体は透過液チャネル２１内へと直接流入で
きない。図２を参照。この図に示されている実施例で
は、この開放接続部はハウジングの内壁２４の全周にわ
たって配置された溝２３により形成されている。透過液
排出管を通る透過液の流れが阻止、または妨害される
と、透過液は透過液チャネル２１を通って流出すること
ができる。濃縮液側では透過液チャネル２１は、中央透
過液排出管に結合された接続部（図示せず）に開いてい
る。時間の経過とともに、メンブラン７は汚染されて洗
浄が必要となる。この目的のために洗浄液が透過液排出
管１１に供給され、この液は透過液排出管の孔を通って
透過液室１０へと入り、メンブラン７を経由して空間１
２および１３、ならびに液体供給口３および４へと流れ
る。しかし、空間１２および１３内にたまった、メンブ
ランの孔よりも寸法の大きい汚染物質は、メンブラン７
を通して除去することはできない。この汚染物質は大き
すぎ、小さい汚染物質粒子がメンブラン７に到達するの
を阻止するからである。本発明による濾過モジュールで
は、汚染物質の除去は洗浄チャネル３１によって行われ
る（図３を参照）。洗浄チャネルは透過液チャネル３２
と同様にモジュール５のハウジング６の壁部３３内にあ
る。これらの洗浄液チャネル３１は充分な大きさがあ
り、空間１２と１３を、メンブラン濾過モジュール５の
反対側（液体側）にある供給室に接続している。導入さ
れた洗浄液は大きい汚染物質を洗浄チャネルを通して流
し、その結果、メンブラン濾過装置の効率的洗浄が行わ
れる。図３に示した構成では、洗浄チャネル３１と透過
液チャネル３２が交互に配置されている。しかし、グル
ープにまとめたその他の構成（図４）も可能である。濾
過すべき液体と洗浄液のための弁やポンプを備えた配管
網は、説明を簡単にするため図には示していない。さら
に図面は縮尺通りでないことに注意すべきである。ハウ
ジングの壁部のもう一つの改良例を図４と５に示す。ハ
ウジング６は壁部４２内の洗浄チャネル４１を備えてい
て液体側を濃縮液側に接続しており、また透過液チャネ
ル４３を備えていて、これは、たとえばプラグ４４によ
り両端で閉じられている。各種類のチャネルが壁部４２
内でグループとなっている。透過液室から透過液を排出
するために、ハウジング６の内壁４６に溝４５が設けら
れている。図に示された状況では、この溝４５は内周の
半分にわたって延び、深さは透過液チャネル４３に達し
ている。さらに、透過液チャネル４３は、ハウジング６
の外壁４８にある排出口４７を経て、ハウジング６の周
囲にある透過液収集管（図示せず）と連通している。図
５には、溝４５はただ一つしか示されていないが、ハウ
ジング６の全長にわたって複数の溝が配置されているこ
とは、通常は当業者には自明である。図６は、本発明に
よるさらにもう一つの実施例の横断面を示している。中
空ファイバー６２の束から透過液排出管１１へと液体を
放射状に流すために、多数の外側繊維強化性の中空ファ
イバー管６１が中央透過液排出管１１のまわりに配置さ
れている。モジュールハウジング６の壁部が透過液チャ
ネル（図示せず）を含んでいるときには、これらの透過
液チャネルへと液体を送るために、ハウジング６の内壁
部分にも外側繊維強化性の中空ファイバー管６３を配置
すると有利である。外側繊維強化性の中空ファイバー管
の直径は中空ファイバーの束の直径に比べて相対的に大
きく（約５ｍｍ）、中空ファイバー管が互いに詰合せ固
められて、放射方向への液体流を妨害する原因となるの
を防止している。さらに、直径の大きいこれらの外側繊
維強化性の中空ファイバー管７ａおよび７ｂは、モジュ
ールのいずれかの側で圧力が均等となり、蓄積された汚
染物質が洗浄によって除去されるよう役目を果たしてい
る。図７および８に示した実施例では、本発明によるモ
ジュールは半円筒形パイプによる追加透過液チャネル７
１を備えていて、これが接続管７２を通じて、中央に配
置された透過液排出管１１に通じている。図８から明ら
かなように、ハウジング６の内壁は波形に形成され、多
数の円周状の溝７３がリブ（凸部）７４と交互に配置さ
れている。透過液チャネル７１の代わりに、リブ７４の
一部を溝７３の深さまでそろえる（除去する）ことによ
って、追加透過液チャネルを縦方向の溝の形でハウジン
グの波形内面に形成することができる。溝７３に集めら
れた透過液の流れを特定の接続管の方へ向けるには、す
べてのリブ７４を変える必要なく、その代わりに縦溝を
いくつかの部分に分け、これらが元のままのリブによっ
て互いに分離されるよう形成することができる。リブ
は、雌ねじのようならせん形にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複数のメンブラン濾過モジュール
を備えたメンブラン濾過装置の縦断面図である。

【図２】図１に示したメンブラン濾過モジュールの横断
面図である。

【図３】本発明によるメンブラン濾過モジュールのもう
一つの実施例の横断面図である。

【図４】本発明によるメンブラン濾過モジュールを、さ
らに改良した実施例の横断面図である。

【図５】本発明によるメンブラン濾過モジュールの、図
４に示した実施例の縦断面図である。

【図６】本発明によるメンブラン濾過モジュールの、さ
らにもう一つの実施例の横断面図である。

【図７】本発明によるメンブラン濾過モジュールの、さ
らにもう一つの実施例の横断面図である。

【図８】図７のモジュールの縦断面図である。

【符号の説明】

１メンブラン濾過装置２ハウジング３液体供給口４液体供給口５外側の２個のモジュール５′中央のモジュール６ハウジング７半透過性メンブラン８メンブランの液体側９濃縮液側１０透過液室１１透過液排出管１２空間１３空間２１透過液チャネル２２ハウジング６の壁部２３溝２４ハウジングの内壁３１洗浄液チャネル３２透過液チャネル４１洗浄チャネル４２壁部４３透過液チャネル４４プラグ４５溝４６内壁４７排出口４８外壁６１中空ファイバー管６２中空ファイバー６３中空ファイバー管７ａ中空ファイバー管７ｂ中空ファイバー管７１追加透過液チャネル７２接続管７３円周状の溝７４リブ（凸部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598028486 Ｓｔａｔｉｏｎｓｗｅｇ 84 8401 ＤＴＧＯＲＲＥＤＩＪＫＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、ハウジング内に収納され、
濾過すべき液体を導入するための液体側と、液体側とは
反対側の濃縮液側とを備える半透過性メンブランと、メ
ンブランを取り囲み、透過液を排出するための透過液排
出管に連通する透過液室とによって構成されるメンブラ
ン濾過モジュールであって、ハウジングの壁部が、液体
側および濃縮液側に向かって閉じられ、透過液室と連通
している一つまたはそれ以上のチャネルを含むことを特
徴とするメンブラン濾過モジュール。
【請求項２】ハウジングの内壁に部分的に溝が設けら
れ、溝の深さがチャネルまで達していることを特徴とす
る、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】端部側にあるチャネルの端部のうち少なく
とも一つが透過液排出管と連通していることを特徴とす
る、請求項１に記載のモジュール。
【請求項４】一つのチャネルがモジュールの内壁の上部
に配置され、このチャネルが一つまたはそれ以上の接続
管によって透過液排出管に接続されていることを特徴と
する、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】ハウジングの内壁表面に、放射状リブ（凸
部）と凹部が交互に設けられていることを特徴とする、
請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】チャネルがハウジングの外壁にある排出口
を通じて、ハウジングの外側にある透過液排出管と連通
していることを特徴とする、請求項１に記載のモジュー
ル。
【請求項７】ハウジングの壁部が、両端に開口部のある
一つまたはそれ以上の洗浄チャネルを含んでいることを
特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】メンブランが、第一の直径を有する第一メ
ンブラン部と、第二の直径を有する第二メンブラン部と
で構成され、第二の直径が第一の直径よりも大きいこと
を特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
【請求項９】直径の大きい外側繊維強化性の中空ファイ
バー管と、中空ファイバーの束が透過液室内に配置され
ていることを特徴とする、請求項８に記載のモジュー
ル。
【請求項１０】第二メンブラン部が透過液室の周縁部の
まわりに配置されていることを特徴とする、請求項８に
記載のモジュール。
【請求項１１】第二メンブラン部がハウジングの内壁部
分に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載
のモジュール。
【請求項１２】液体供給部と、透過液排出管と、少なく
とも一つのメンブラン濾過モジュールを備えたメンブラ
ン濾過装置であって、前記装置が請求項１に記載のメン
ブラン濾過モジュールを含むことを特徴とする、メンブ
ラン濾過装置。