JPS59156401A - 直交流形薄膜分離装置 - 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】 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の薄膜
分離装置に関する。

流体とくに溶液から個々の成分を分離するため半透膜を
使用することはすでに公知である。

このように半透膜は液体混合物から液体成分を分離する
ため、ガス混合物からガス成分を分離するため、溶剤お
よびこれに溶解した物質を含む混合物ならびに懸濁液お
よび乳濁液から液体溶剤を分離するために使用される。

この形式の分離法はとくに海水および河川水からの飲料
水の製造ならびに種々の処理法および生物工学的プロセ
スと関連して重要性が上昇しつつある。

これらの半透膜を形成するＩ　ｒＡは多くの場合有機ポ
リマーたとえばセルロースアセテートまたはポリアクリ
ルニトリル、アクリルニトリルとビニルピロリドンのコ
ーポリマー、ポリスルホン、ポリアミドならびにフッ素
化した炭化水素を主成分とするポリマーおよびコーポリ
マーからなるけれど、この月利は分離法のため非常に薄
い形でなければならず、それゆえ低い機械的強度しか有
しない。

したがって構造的に弱い薄膜材料を流体圧方寸たは機械
的作用に基く変形捷たは破壊から保護するため、薄膜材
料は通常支持ｖＪ利を備える。

このような支持材料はたとえば織物、無配向不織布寸た
はミクロ多孔フィルムである。セラミック材料、焼結プ
ラスチックまたは金属も使用することができる。これら
すべては古くから技術水準に属し、代表として西独特許
第２６５５０１／１号明細橢が挙げられる。

薄膜分離法の場合、達成しつる処理能力に影響する作業
パラメータの１つは導入する流動媒体と接触する薄膜の
全長面積である。構造単位容積当り最大可能の薄膜表面
積を得るため、とくに薄膜ノ？ツク、薄膜バッグまたは
薄膜月利を巻いた管を有する多数の装置が公知である。

同様代表として西独特許第１４４２４２０号明細素が挙
げられる。

しかし利用しうる表面積が薄膜分離法を実施する装置の
有利な設計のためのただ１つの重要なファクタでなくて
、薄膜上の流れの形式も同様重要なノξラメータとして
考慮に入れなければならない。最適に制御された流れ系
によれば被覆形成および孔の閉塞を生ずる薄膜−１−の
沈積物が阻止され、活性薄膜層の濃度分極が低ドされ、
最適の透過が１呆証される。流動性媒体が薄膜に達する
流路ｔつくるため、いわゆるスペーサが薄膜分離法孕実
施する層状または巻回装置ａへ導入される。

波形フィルムの形のスペーサは西独公開特許公報第２５
７２３１号から公知である。この公報には゛溶解した物
質と液体葡分離するために適する逆浸透原理により作業
する装置が記載される。

薄膜表面の間に配置した波形スペーサは端縁に波によっ
て形成された通路を結合する切欠部盆石し、それによっ
て処理する液体がジグザグに流れる連続流路が完成され
る。

流れ遮蔽器および攪乱促進器として作用するス被−ザに
よって生ずる欠点はすでに公知であり、この欠点の解決
法は西独特願Ｐ　３１．４８３１．２．７号に提案され
る。その主眼は適当な形状の１体の表面プロフィルを有
する薄膜フィルムである。

このフィルム捷たは巻込んだもしくは挿入したスペーザ
レこまって形成される流路の幅に相当する薄膜間隙はＯ
０２〜３關の範囲である。籾い分散液寸たは沈降性物質
を含む流体および凝集傾向のある溶液の場合、この方法
で制限した流れ状態は閉塞を起こしやすい欠点を有する
ことが明らかになった。

さらに抵抗の低い流路は管状薄膜を使用する分前装置で
達成することができる。この場合′ｌ１ｌＪ限されたス
ペースに最大可能の表面積の薄膜を収容するため、管径
を減少し、細い管を管束にして流れを形成する方向に進
んでいる。

極端な場合この方法で米国特許第３２２８８７７号およ
び第３３３９３４１号に記載されるような公知毛管モジ
ュールまたは中空糸モジュールが得られる。しかしその
最小寸法の場合、再び巻回または層状薄膜の際に生ずる
流路と比較しうる流路が発生する。

それゆえ本発明の目的は大きい利用可能薄膜面積、流路
の最適配置、存在する薄膜面積の良好な利用によって凝
集または沈降粒子による閉塞壕フこは沈積物形成の危険
を有しない１．ｏツク密度の高い装置を得ることである
。

この目的は薄膜分離法で処理する流体の供給管および排
出管、ラミネートとして形成した薄膜支持要素、支持要
素の両面に被覆した半透膜層および薄膜を通過した物質
の排出口を有する、流体が貫流する中空体からなる直交
流形薄膜分離装置において、支持要素が波形構造を有す
る自己支持性材料からなり、かつ連続的中空空間を形成
し、この要素内に流体の通過を可能にする孔が設けられ
、薄膜層が支持要素の両面に密着するように、支持要素
の表面の主要ゾーンを全面にわたり、かつ波形に追ずい
して被覆していることによって達成される。

米国１１’！ｒ訂第２５９９　ｆ’ｉ　０４号明細ｌｊ
′には主として波形織物および平織物からなるフィルタ
要素が開示され、両織物はいっしょにロールの形ＶＣ＠
かれ、波ｔこよって生ずる隣接管の端部は交互に開放お
よび閉鎖される。しかしこの配置によれば＾１「配本発
明の目的のような流体の流れ状態の改善は達成されず、
代りにすべての液体は排出される前に波を形成する織物
を透過しなければならない。これは本発明の目的でない
前端ろ過法（ｆｒｏｎｔ、、Ｉｌ　ｆｉ目ｒａ　Ｌ　ｉ
ｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　）の代表的特徴である。

薄膜分離法はとくにたとえば溶液の濃縮または浸透圧平
衡を利用して洗浄液により流体を精製する方法の場合の
ような常用ろ過法ではもはや達成されない分離問題を解
決するために使用される。たとえば薄膜分離法は多数の
治療または診断目的の医学に使用される（人工腎臓２人
工肝臓）。生物工学でも基質および（または）生成物は
薄膜によりフラクショニング処理される。食品二［業の
処理工程も薄膜分離法のオーダメイド使用によって有利
に改善される。とくに乳業および乳製品工業に早くから
使用して成功したことは他分野の排出問題の改善された
解決に対する刺戟となった。金属処理工業′で薄膜分離
法は電着塗装ラッカならびにせん孔油および潤滑油エマ
ルジョンの再処理の際好結果をもって使用された。現在
薄膜はガス相から特定成分を濃縮するためにも使用され
る。というのは他の方法は大きい装置を必要とし、した
がって高価となるからである。

本発明による装置によって実施しつるような薄膜分離法
はとくに直交流原理により実施される。直交流原理は主
として熱交換器および冷凍装置の技術から公知であり、
とくに強力な熱交換を目的とする場合有利である。とく
に短い乾燥時間が達成される直交流乾燥も公知である。

直交流原理の特徴は交換する流体の流り、方向がつねに
互いに直交していることである。これは本発明による装
置で薄膜分離処理する流体が支持要素の波によって形成
される通路を通過し、流体から分離された物質が流体の
流れ方向と直角に薄膜を逆過し、波形支持要素によって
形成される中空空間に達し、そこから排出管を介して除
去されることによって実現される。

本発明の範囲内でλ＼流体〃とはすべての流動性媒体を
表わす。たとえば流体はガス、液体、エーロゾル、分散
液、溶液、エマルション、懸濁液等である。

本発明の装置に使用する支持要素は可撓性または剛性の
自己支持性月利から形成される。支持要素はシート状プ
ラスチック月利、プラスチック繊維の無配向不織イ［ｉ
　、織物もしくは編物であり、または薄い金属箔もしく
は金属繊維のネットもしくはスクリンである。支持要素
が剛性の自己支持性相半：１からなる場合、鉱物性支持
要素を使用することもできる。支持安来は有利に多孔構
造すなわち多孔性であり、捷たは坪位面積当り多数の孔
を有するスクリンの形のプラスチックフィルムから形成
される。使用するプラスチック＠刺は炭素原子２〜１０
個とくに２〜４個′５ｆ：有する炭化水Ｔの、１５１１
７−またはコーポリマーである。ポリアミド、芳香族有
機酸を含むポリエステル、ポリエチレンテレフタラー１
−。

、−１？リビニルクロリドのようなハロゲン化された炭
化水素からなる。］？リマー、オレフィン性不飽和有機
酸のポリマーおよびそのエステルを使用することができ
る。

支持要素は前記＠利から、少なくとも１つが波形構造を
有する２つのシート状成形体が互いに重なり、端縁で互
いに液密および（！たはン気密に結合され、その間に連
続的中空空間を包囲するように形成され名。端縁の結合
は場合により融封性を有−する中間層を挾んだ後、熱融
封もしくは冷融封により、または溶接もしくは簡単な接
着結合により達成される。

半分が波形構造を有し、他の半分が平滑表面を有するフ
ィルムのこの表面を波形表面を有する部分が平滑表面を
有する部分へ移行する点で、波形部分の下面が平滑部分
の下面と接触するように折返し、このように形成された
２層ラミネートを３つの開放端縁でＵ、いりこ密に結合
するのが楢第１１である。本発明の説明において＼＼平
滑〃フィルトとは波形表面を有しないフィルムを表わす
。

連続的または断続的に形成しうる波はとくに側縁に対し
平行または直角に走るけれど、側縁に対し斜めに配置す
ることもできる。波は主としてサイン形またはサイン状
の形を有し、最大と最小のビ　り距離は２〜３０酵とく
に５〜１５ｍ炉である。

波形フィルノ、自体は本発明の対象でないけれど、本発
明（ｔＣよる装置の効果に非常に重要な流路寸法は波の
間隔、その山、谷および側面の形によって決定される。

薄膜層は前記支持要素の両面に密着被覆される。これも
端縁の溶接、熱融封または接着結合によって達成される
。薄膜層は支持要素表面の主要ゾーンを被覆し、全面積
を波形不規則性に従って蔽う。主要ゾーンとは支持要素
の全上面および下面を表わす。簿膜層を通溝した物質の
′排出管を設置する点または支持要素の１１１１１　枦
絆合シームおよび波の山の端面の斜面は主要ゾーンに含
まれない。

薄膜のとくに支持要素の波形表面に対する良好な接触を
保証し、薄膜に存在しうる復原力を抑えるため、薄膜は
波形表面とくに波の谷で支持要素にスポット接着される
。

薄膜はたとえばセルロースアセテート、ポリアクリルニ
トリル、アクリルニトリルとビニルピロリドンのコーポ
リマー、ポリアミド、ポリスルホンまたはアクリレート
およびメタクリレートもしくはハロゲン化された炭化水
素を主成分とするコーポリマーのような公知伺料からな
シ　、　　１−１０００　　μ　Ｉｎ　　と　く　Ｋ　
２０〜２００　μ　ＩＩｌ゛の厚さを有するシイルムに
成形される。薄膜はとくに無配向不織布または織物の層
へ被覆され、この層は薄膜の機械的性質の改善に役立つ
とともに簿膜を通過した物質が支持要更に設けた孔へ排
出されることを保証する。無配向不織布または織物の層
は支持要素とその表面へ被覆する薄膜層の間に配置され
る。

支持要素として使用するラミネートは薄膜力・ら中空空
間へ通過した物質のための少なくとも１つの、排出口を
有する。この排出口は管でもよく、その自由開口は支持
要素の中空空間へ波力；す、支持要素と１体のユ子ット
に接着結合または溶接される。場合により特殊な用途の
ため、１つの支持要素に多数の排出管を備えることもも
ちろん可能である。

本発明による装置を目的に応じて使用するため、薄膜層
を備える支持要素はロールの形に西装置され、または薄
膜層を備える１千面にある支持要素が多数互いに」二下
に堆積される。とくｖこ圧力下に実施する薄膜分離法の
ため、前記配置は管状または箱形ノ・ウジングによって
包囲さｈ、ハウジング、薄膜分離法で処理する流体の供
給管および排出管ならびに薄膜を通過した物質のため同
様ノ・ウジングに設置した排出管がいっしょになって本
発明による直交流微細通路モジュールを形成する。

このモジュールは低および高粘度のいずれの流体の処理
にも適する。固体を微細に分散した形で含み、または凝
集しやすい流体すなわち常用モジュールで閉塞を生じ、
被覆を形成する流体も薄膜分離処理することができる。

これは本発明による直交流形微細通路モジュールの特殊
な利点である。

次に本発明の実施例を図面により説明する。

第１図に示す支持要素１は２層からなり、その１つの層
２は波形構造を有するけれど、もう１つの層３は平滑で
ある。支持要素は孔４′ｆ：有し、薄膜５を通って薄膜
５と支持要素の間に配置した排出層６へ流れる物質はこ
の孔４を通って支持要素およびこの要素に支持される薄
膜によって包囲される連続的中空空間７に達する。

支持要素の波形構造を有する層２は折返し部８で平滑表
面を有する層３へ移行する。支持要素の折返し部８と反
対側の端部に薄膜層と支持要素の接着結合部１０のよう
な気密および（または）液密１１部９が示される。付加
的に薄膜層は波の谷に多数のスポット接着部１１を有す
る。

この図では薄膜分離法で処理する流体の流れの方向は紙
面に垂直であるけれど、薄膜を通過する物質は紙面内を
動く。

Ｗ２図ｄ″薄膜５および排出層６の２層薄膜で蔽われ、
中空空間７を包囲する支持要素１０波の１１１を通る断
面を示す。薄膜層は支持要素１に接着結合部１０で結合
される。支持要素の波の１１１の端面で溶接部９および
余１面部１２は薄膜層によって被覆されない。

・　第３１閾は波の山のもう１つの断面を示し、この場
合薄膜を通過する物質の排出管１４が配置される。孔４
を有する支持要素１および支持要素１へ接着結合部１０
で結合した薄膜５および排出層６によって形成される薄
膜層が示される。

管片によって形成される排出管１４は支持要素１に接着
結合部１３で結合される。

第４図は箱形ハウジング１５を有するモジュールを示す
。この図には薄膜を通過した物質のための多数ρ排出管
１４、薄膜分離法で処理する流体の供給管１６および排
出管１７も示される。

箪５Ｍは箱形ハウジング１５ｆ：有するモジュールを異
なる角度から示す。この図１には薄膜を通過した物質の
だめの多数の排出管１４および薄膜分離法で処理する流
体の供給管１６が示される。

第６図は箱形ハウジング１５を有するモジュールの断面
図である。図面を簡単にするため図示されていない薄膜
層を有する支持要素１が多数堆積され、かつそれぞれの
排出管１４が示される。

第７図は箱形ハウジング１５ｆ：有するモジュールの異
なる角度の断面を示す。この図でも多数の支持要素１が
堆積される。薄膜分離法で処理する流体の供給管１６お
よび排出管１７も示される。

第８図は管状ハウジング１８を有するモジュールを示す
。排出管１４ならびに薄膜分離処理する流体の供給管１
６および排出管１７が゛ハウソングの１ｌｉｌｌ而に示
される。

第９（シｌ　１（１−管状ハウジング１８を有するモジ
ュールを他の角度から示す。薄膜を通過する物質の排出
管１　／ｌおよび流体の供給管１６が示される。

第１０図は管状ハウジング１８を有するモジュールの断
面図である。同様簡単のため図示されていない薄膜層を
有する支持要素１はこの場合ロールの形で配置される。

薄膜を通過した物質を除去する排出管１４はハウジング
１８を横方向に去るように示される。

第１１図は管状ハウジング１８を有するモジュールの縦
断面を示す。ロールの形に配置した支持要素１ならびに
流体の供給管１６および排出管１７も示される。

第１２図は第１０図とほぼ同じ断面を示す。

１つの差は支持要素１のロール配置が波形構造を有する
表面を第１０図に示すように管壁に向けず、ハウジング
の中心に向けていることである。この配置、により薄膜
分離法で処理する流体に異なる形の流路が得られる。こ
のような流路は特殊用途のために必要である。

第１３図は管状ハウジングＩ８を有するモジュールの縦
断面図であり“、第１２１Ｅｌに示すロール配置の支持
要素１が示される。

本発明による直交流微細通路モジュールはとくに文献に
ハイノ？−ろ過、限外ろ過、マイクロろ過および血液ろ
過の名称で公知の方法を実施するためにとくに適当であ
る。ガス分離にも同様適当である。直交流形微細通路モ
ジュールをミルクおよび乳製品を処理する限外ろ過性に
使用するのはとくに有利である。というのは薄膜表面に
被覆を形成する危険がこの処理の場合とくに高いからで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は支持要素および薄膜の構成を示す第１図Ｃ−０
線断面図、第２図は第１図Ｃ−０線断面図、第３図は第
１図Ｃ−０線断面図、第４図は箱形モジュールの側面図
、第５図は第４図モジュールの平面図、第６図は第４図
１）−１）線断面１ン１、第７１ヅｌは筐６１ツ１１・
】−訃〕線断面■１、第８図は管状モジュールのＩｎｎ
面図、第９図は第８図モジュールの平面図、第１（）図
は第８図１’　　ｌ”線断面図、第１１図は第１０図０
−０　＠断面１ツｌ、第１２図はもう１つの管状モジュ
ールの横断面図、第１３図は第１２図ｔ（−、−１１線
断面図である。 １・・・支持要素、４・・孔、５・・・薄膜、６・・・
排出層、７　・中空空間、９・・・溶接部、１０・・・
接着部、１２・・・斜面、１４・・・排出管、１５・・
・）・ウジング、１６・・・供給管、】７・・・排出管 １−レＤ １１１１ １−酬Ｅ ｉ−＞Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　薄膜分離法で処理する流体の供給管および排出管
   、ラミネートとして形成した薄膜支持要素、支持要素の
   両面に被覆した半透膜層および薄膜を通過した物質の排
   出口を有する、流体が貫流する中空体からなる直交流形
   薄膜分１１ＪＩＩｇ置において、支持要素が波形構造を
   有する自己支持性＠利からなり、かつ連続的中空空間を
   形成し、この要素内に流体の通過を可能にする孔が設け
   られ、薄膜層が支持要素の両面に密着するように、支持
   要素の表面の主要ゾーンを全面にわたり、かつ波形に追
   ずいして被覆していること’を特徴とする直交流形薄膜
   分離装置。 ２　支持要素が多孔体、ネットまたはスクリンの形の金
   属またはプラスチックからなり、単位面積当り多数の孔
   を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３　支持要素が２つのシートからなる２層ラミネートで
   あり、その少なくとも１つが波形構造を有し、これらの
   シートが互いに端縁で気密および（または）液密に結合
   され、内部に連続的中空空間を形成している特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の装置。 ４、　支持要素を形成する波形構造のシート状成形体の
   波がサイン曲線の形を有し、最大と最小の間のピーク距
   離がそれぞれ２〜３０ｍｍである特許請求の範囲第１項
   〜第３項のいずれか１項に記載の装置。 ５　薄膜層がセルロースアセテート、ポリアクリルニト
   リル、アクリルニトリルとビニルピロリドンのコーポリ
   マー、ポリアミド、ポリスルホン、アクリレートおよび
   メタクリレートまたはハロゲン化された炭化水素を主と
   するコーポリマーから形成される合成薄膜がらなシ、１
   〜ｔｏｏｏμｍｎの厚さを有する特許請求の範囲第１項
   〜第４項のいずれが１項に記載の装置。 ６　薄膜層が第１層および第２層がらなり、第１層が薄
   膜自体であり、第２層が排出層であり、この層に薄膜が
   被覆され、この層が同時ＶＣ薄膜層の機械的性質を改善
   するために役立ち、かつ不織布、＃物またはスポンジ月
   利からなる特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１
   項に記載の装置。 ７　薄膜層の端縁が支持月利の両面に溶接、熱融Ｊ’Ｊ
   −またけ接着剤によって密に結合されている特８′Ｆ請
   求の範囲第１項〜第６項のいずれが１項に記載の装置。 ８　薄膜を被覆した支持要素がロールの形に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記
   載の装置。 ９、　箱形ハウジングを有し、その中に薄膜層を備える
   支持要素が堆積の形で配置されている特許請求の範囲第
   １項〜第７項のいずれが１項に記載の装置。 １０ミルクおよび乳製品を処理する限外ろ過性に使用す
   る特許請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載
   の装置。