JPS6227007A - 巻付け膜キヤンドルフイルタ− - 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項の上位概念に挙げた種類
の巻付は膜キャンドルフィルターに関する。

巻付は膜キャンドルフィルターは単独でまたは複数個を
ケースに封入して直列または並列接続で分離技術の様々
な分野、例えば精密ろ過、微量ろ過、限外ろ過、逆浸透
、透過蒸発、ガス浸透に使用される。従って本発明の範
囲内で使用されるすべての変型において「フィルター」
という概念は純ろ６法に限ると解すべきでなく、ろ過に
類する分離法、例えば前記の諸方法、特に逆浸透を明ら
かに含むものとする。それ故以下で「ろ過」とは前記の
方法および近縁の方法に対する略称と解すべきである。

ここで「使用した方法」は特にバイオテクノロジー的変
換方法を表す。

冒頭に挙げた種類の公知の巻付は膜キャンドルフィルタ
ーは、被処理媒質が膜表面の上で取る全流れ行路にわた
って、流れが個別に軸方向、接線方向、半径方向のいず
れに導かれるかにかかわりなく、常に膜表面に対して相
対的に等しい流速を有する。しかしここで述べる種類の
交換および分離過程の機能の経過については、膜表面に
新たに進入する被処理媒質をまず低い流速で膜表面上に
導き、次いで媒質が濃縮液として膜表面から退出するま
で流速を徐々に連続的に増加して行くように努めること
が多くの場合望ましいようである。

そこで本発明の目的とするところは、膜に沿ってかつ膜
の上で舛理される媒質の膜表面上での流速または膜表面
に対して相対的な流速が、膜表面上の流れ行路の長さの
予め自由に指定できる関数であり、またはこの関数が定
数の場合に、その他の操作パラメータが同じであれば、
膜表面上の被処理媒質の、公知の巻付は膜キャンドルフ
ィルターに比して高い、定常な相対流速が得られる、冒
頭に挙げた種類の巻付は膜フィルターを提供することで
ある。

本発明はこの目的の達成のために、本発明に基づき特許
請求の範囲第１項の特徴開示部分に挙げた特徴を有する
巻付は膜キャンドルフィルターを提供する。

すなわち本発明の基礎をなすのは、巻付は膜キャンドル
フィルターに慣用の開いたまたは閉じた膜流れポケット
を少なくとも実質的に弾性的な、いかなる場合も巻付は
可能な隔壁によって少くとも２個の部分流路に区分する
という本質的着想である。上記の隔壁の原則として任意
の幾何学的形状と原則として任意の経過によって、慣用
の円筒形巻付は膜部材でさしたる追加設備費なしに事実
上あらゆる可能な分離目的に特に適合した流体力学的流
れ条件、特に流水行路依存性の流速勾配を調整すること
ができる０例えば被処理媒質を膜上に導く部分流路断面
を減少して被処理媒質の流速を定常的または累増的に増
加することによって被処理媒質の濃度の増加と共に増大
する膜の流量減少傾向に簡単に対処することができる。

■り流れポケットまたは２枚の膜の間に形成した流路に
配設された隔壁によって、巻成体に関して軸方向に上下
に位置する２個の部分流路が形成される。

これらの部分流路は互いに独立に並流および向流として
使用することができ、また好ましくは直列に逐次接続し
て、これらの少くとも２個の部分流路、また隔壁が複数
個の場合は複数個の部分流路を同一の流れ行路の順次続
く部分区間として接続することができる。

実際には多種多様な、原則として任意の仕方で、この隔
壁を技術的に形成することができる。

最も簡単な場合には、流路を形成する２枚の膜を直接互
いに結合する接着または溶接接合部として、隔壁を形成
することができる０代案として条材を２枚の膜の間に入
れて、２枚の膜に直接に接着または溶接し、各膜がそれ
ぞれ膜の条材とだけ結合され、２枚の膜が直接的に互い
に結合されないようにすることもできる。２枚の膜の間
の流路に慣用の、たいてい格子状のスペーサを使用する
場合は、隔壁が２つの内側膜表面を密封してスペーサの
格子を橋絡するように配慮しなければならない、この場
合、隔壁はスペーサを密に、均質にかつ一体化して、貫
通する、好ましくはスペーサと一体に形成されたコード
として構成することが好ましい、なおこのコードは、ス
ペーサがプラスチック格子から成るならば同じプラスチ
ックでスペーサと一体に作製することができ、またスペ
ーサの製造の後に、これを密に貫通して例えばエラスト
マーコードの形で取付け、スペーサの格子構造をコード
に加硫固定することもできる。その場合、特に隔壁が弾
性材料から成るならば、区分される流路を形成する隔壁
を膜に予め固着することは必ずしも必要でない。むしろ
当該の膜・スペーサ・膜構造を若干のプレテンションの
もとで巻付けて巻成体とし、こうして作られた巻成体を
それ自体公知の適当な方法で１例えば多かれ少かれ弾性
の織物の筒または適当な伸縮性材料を被着し。

緊張して固定すれば、たいてい十分である。

このようにして作られた巻成体に加えられる、完成巻成
体に関して半径方向の巻付は張力は、２枚の膜の間の流
路に形成された部分流路の間の密封を所要の通りに保証
するのに十分である。

本発明の実施態様によれば、隔壁は膜の展開図で直線状
に、かつ展開図の縦辺に対して、すなわち巻成体の端面
を形成する辺縁に対して傾斜して経過するように形成さ
れる。従って巻付けた状態で隔壁はらせん状に経過する
うず巻線、すなわち傾きに応じて半径方向内側から半径
方向外側へ、同じ回転方向に見て拡がりまたは狭まるら
せん状うず巻線を描く、このうず巻線の軸方向高さが少
くともおおむね巻成体の高さの半分に等しいことが好ま
しい、特に隔壁が形成する２つの部分流路が、連続する
流れ行路の直列に逐次接続された部分をなす場合がそう
である。それによって一方の部分流路の出口断面が後続
の部分流路の入口断面に等しくなる。膜表面上を導かれ
る媒質の流速の勾配が、こうして部分流路の連絡部で連
続的に経過する。

本発明のその他の実施態様、特に入口、濃縮液および透
過液のための実施態様が従属フレイムの主題である。

次に図面に関連する実施例に基づいて本発明を説明する
。

膜の巻成体を展開した状態の、本発明に基づく巻付は膜
キャンドルフィルタの第１実施例を一部の軸方向断面図
と共に第１図に示す、軸方向に１列の貫通孔２が外周に
形成された中心管ｌは、２枚の膜３，４と水密に固着さ
れている。膜３．４は真向かいに相対する接着接合部５
，６で中心管１に、また接着接合部７，８．９または同
様の溶接接合部により相互に、水密に固着される。上述
のように互いに結合された［３，４はこうして膜ポケッ
トを形成する。膜ポケットは巻成体の端面すなわち接着
接合部７．９に沿って、またこの場合は巻成体の外側で
も接着接合部８に沿って、閉じた流路１０を内包する。

その場合、中心管に沿って真向かいに相対する２つの接
着接合部５゜６は、貫通孔２が流路１０に開放するよう
に、すなわち流路１０が中心管１の内側空胴部と自由に
連通ずるよに配置されている。

流路１０の内部には第１図に図示しない慣用の格子状ス
ペーサが配設されている。このスペーサは、膜３，４が
形成するポケットの外側すなわち膜４の外側にある、第
１図に示したスペーサ１１と基本的に同様に形成されて
いる。

流路１０の中にある格子状スペーサはプラスチック、こ
の場合ポリエチレンから成り、スペーサの格子構造と一
体かつ水密に統合され、スペーサに沿ってスペーサと共
に成形されたコード状の直線状補強を有する。この補強
は隔壁１２として流路ｌＯを、巻成体に関して軸方向に
上下に位置する２個の部分通路１３．１４に区分する。

隔壁１２も中心管ｌの外周面に水密に接続される。この
場合隔壁１２を一体化したスペーサの短辺が、それによ
って中心管１の外周面に接着される。

第１図で明らかなように、隔壁１２は中心管１から流路
１０の中に伸張し、接着接合部７，９に対して斜めに走
り、流路１０の高さの少くともおおむね半分にあって軸
方向の接着接合部８に対しても流路の高さの少くともお
おむね半分の間隔を保持する点に至る。こうして逐次接
続されて流体力学的に互いに連通し、流れ断面が広い入
口から狭い出口へ連続的に縮小する２個の部分流路１３
゜１４が生じる。隔壁１２が中心管ｌの外周面に水密に
結合される軸方向高さで中心管ｌの内側空胴部に分離底
１５が設けられ、中心管１のこの内側空胴部を流れ行路
１３．１４の広い開口部を連通ずる区域および流れ行路
１３．１４の狭い開口部と連通ずる区域に区分する。

すでに冒頭で述べたように、第１図に図示した巻付は膜
キャンドルフィルターは展開した形で示されている。第
１図に図示した中心管を右へ転がし、膜３．４およびこ
の膜が形成するポケットを巻取ることによって、第１図
に示す構造から巻付は膜キャンドルフィルターが得られ
る。その場合、ポケット３，４の個々の巻輪の間に挿入
される格子状スペーサ１１は図示のように膜ポケット３
．４より長く形成されているから、スペーサは＠成体の
外側を取囲んで保護しかつ支承する０巻成体の再巻付け
を防止するために、スペーサの格子１１の外層の上に弾
性織物の筒がかぶせられる。その場合、膜３，４が隔壁
１２に押付けられて密着し、形成される連絡部を除いて
部分流路１３．１４が流体力学的に互いに密封分離され
るような張力で、ロールの巻付けを行う。

第１図に示す巻付は膜キャンドルフィルターの目的にか
なった使用のために、被処理媒質の供給が中心管１の内
側空胴部の中へ矢印１６の方向に、加圧のもとで導入さ
れる。被処理媒質の供給は中心管ｌの内側空胴部から貫
通孔２を矢印１７の方向に貫き、２枚の膜３．４の間で
流路１０に形成された部分流路１３へ流れの矢印１８の
方向に進入する。被処理媒質の流れは部分流路１３を貫
流した後、横接着接合部８の手前で流れの矢印１９の方
向に反転し、流路１０の第２の部分区間すなわち部分流
路１４に進入する。被処理媒質はこの部分流路１４から
濃縮液として流れ矢印２０の方向に貫通孔２′を貫き、
再び中心管１の内側空胴部に入り、ここを流れの矢印２
１の方向に退出する。その場合、中心管１を供給室２２
および供給室から密閉分離された濃縮液排出室２３に区
分する分離底１５によって、供給流１６と濃縮液排出流
２１の混合が防止される。

ｇ３．４を通過する透過液は膜３，４の間でスペーサ１
１によって開放されたらせん状の巻成体の間隙に到達し
、この間隙から接線方向かつ軸方向に自由に退出する。

これを第１図に透過液の流れの矢印２４．２５．２６で
示唆した。退出する透過液は次に例えば巻付は膜キャン
ドルフィルターが配設されたフィルタケースの底部に集
められ、そこから排出される。

第１図で明らかなように、被処理媒質の一定の体積流量
のために利用可能な流路１３，１４の流れ断面は、流れ
の入口１８から流れの出口２０まで連続的に減少する。

このため膜３，４に対する被処理媒質の流速は、媒質の
濃度に正比例して増加する。こうして最適の負荷分布と
最適の膜利用、その結果長い寿命が得られる。

特定の分離目的の遂行のために流れ行路１３゜１４で被
処理媒質の流れ勾配の急変を故意に生じさせようとする
のでなければ、隔壁１２の末端の点２７が３つのすべて
の接着接合部７，８．９から少くともおおむね等しい距
離で隔たることが好ましい、その場合、製造コストが許
すならば、流路１０の直角の隅角部を必要な流れ断面に
従って丸みを付けて形成することにより、第１図に示す
巻付は膜キャンドルフィルターの低廉な実施例に比して
、流れの経過を一層改善することができる。

巻付は膜キャンドルフィルターの別の実施例を第２図と
第３図に示す、その場合第２図は第１図と同様の膜巻成
体の展開図を示し、一方、第３図には巻成体の軸方向断
面図が示されている。

第２図と第３図および巻付は膜キャンドルフィルターの
第３実施例に関する第４図で、第１図に関連して説明し
た部材に相当する部材は同じ参照番号を付け、以下では
反復を避けるために個別に説明しない。

第２図と第３図に示す巻付は膜キャンドルフィルターの
実施例は第１図に示す実施例とおおむね次の点が相違す
る。すなわち流路１０が巻成体の外縁３０で開放してい
るが、膜ポケットの巻輪を巻成体端面沿いに接着接合部
３１．３２により、またロールの外縁で軸方向に接着接
合部３３により互いに接着することにより水密に結合さ
れ、全周が閉じた透過液通路３４が形成される。その場
合もちろん透過液通路の格子状スペーサ１１はこの通路
から導き出されず、流路１０のスペーサ３５が第２図に
示唆するように、１ＩＪ３，４の間に形成されたポケッ
トから導き出され、第１図に関連して説明したように保
護および支持外被として巻成体の周囲に２巻きまで巻付
けられる。

また第２図に示す実施例では隔壁１２が膜ポケット３，
４の開放縁３０まで完全に到達するから、部分流路１３
．１４は巻成体の外側に自由に開放する０部分流路１３
から出て部分流路１４に再び入る被処理媒質の逆向きの
流れ１９は、巻付は膜キャンドルフィルタを格納した、
図示しない慣用のフィルターケースの中で反転される。

透過液流路３４は巻成体の内側で貫通孔２”と連通ずる
０貫通孔２”は貫通孔２と同様に中心管１の外周面に軸
方向に配設されているが、貫通孔２と真向かいに相対す
る。中心管１の内側空胴部の中で軸方向に走る仕切３６
はその場合、軸方向に上下に位置して配設された供給室
２２と濃縮液排出室２３を透過液集合路３７から隔離す
る。透過液は透過液流路３４から貫通孔２”を貫いて流
れの矢印３８（第３図）の方向に透過液集合路３７に入
る０次に透過液集合路３７から透過液を例えば流れの矢
印３９（第２図）の方向に、巻付は膜キャンドルフィル
ターから軸方向かつ中心方向に導き出すことができる。

本発明の第３実施例を第４図に示す、この図では膜巻成
体が同じく展開して示されている。

本発明に基づく巻付は膜キャンドルフィルターの第４図
に示す実施例は、第２図に示す実施例と次の点が相違す
る。すなわち、流路１０の中心管ｌの側が閉鎖され、隔
壁１２が中心管ｌまで伸張しないでその手前で終わるか
ら、第１図に関連して説明したように被処理媒質の流れ
が流れの矢印１９の方向に自由に反転することができ、
第１の部分流路１３に入る被処理媒質の供給流１６はこ
うしてロールの外側から、正確に言えば巻付は膜キャン
ドルフィルターを配設した圧力容器からロールの外周の
外側を経て第１の流路に入る。この供給流は次に流れの
矢印１９で示唆したように中心管の手前で中心管に沿っ
て濃縮液流路１４へ反転され、ここから流れの矢印２０
の方向に、巻成体を取囲むろ過ケースへ再び退出する。

なお膜３．４の２つの真向かいに相対する接着接合部４
０．４０′が、貫通孔２”に相対する、貫通孔のない中
心管ｌの外周部分に接するようにして、透過液流出用貫
通孔２″が配設される０巻成体の外側へ開放し周囲の圧
力容器内に至る部分流路１３．１４は、巻成体外周面と
圧力容器の内面の間に配設された適当な加圧手段、例え
ばここで第４図に示すように柔軟な０リング４１によっ
て、流体力学的に相互に密閉して隔離される。このよう
にして第４図のロールは外周面に被処理媒質のための供
給接続部４２と濃縮液排出接続部４３を有し、一方、透
過液は第２図と第３図に関連して説明したように一方ま
たは両方の流れ方向３９゜３９°に排出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は巻付は膜キャンドルフィルターの第１実施例の
展開図、第２図は巻付は膜キャンドルフィルターの第２
実施例の展開図、第３図は第２図に示した実施例の巻付
けたロールの横断面図、第４図は巻付は膜キャンドルフ
ィルターの第３実施例の展開図を示す。 １・・・中心管、　　　２φ・・貫通孔、３・・・膜、
　　　　　４会・・膜、 １０１１・・流路、　　　　１２・・・隔壁、１３・・
・部分流路、　　１４・・・部分流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周面に貫通孔（２）の少なくとも１個の軸方向列
   を有する中心管（１）を設け、巻輪の端面側が閉じた少
   なくとも１個の流路（１０）を内包する少なくとも２枚
   の膜（３、４）をらせん状に巻付けて成る巻付け膜キャ
   ンドルフィルターにおいて、流路（１０）を巻成体に関
   して少なくとも２個の、軸方向に上下に位置する部分流
   路（１３、１４）に区分する少なくとも１個の水密の隔
   壁（１２）を特徴とするキャンドルフィルター。 ２、部分流路（１３、１４）が同一の流路の順次続く部
   分区間として接続（１９）されていることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項に記載のキャンドルフィルター
   。 ３、隔壁（１２）がうず巻線上にあることを特徴とする
   、特許請求の範囲第２項に記載のキャンドルフィルター
   。 ４、うず巻線の高さが巻成体の軸方向高さの半分に等し
   いことを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載のキ
   ャンドルフィルター。 ５、流路（１０）の片側が閉じており（８）、部分流路
   （１３、１４）が流路の閉じた側で自由に連通するよう
   に互いに連結（２７）されていることを特徴とする、特
   許請求の範囲第２項に記載のキャンドルフィルター。 ６、流路（１０）の両方が開放するように（５、６；３
   ０）形成され、隔壁（１２）が流路（１０）を形成する
   膜（３、４）の全長に伸張して２個の部分流路（１３、
   １４）を形成し、２個の部分流路（１３、１４）の半径
   方向内端が中心管（１）の貫通孔（２、２′）に連通し
   、その際２個の部分流路接続部が流体力学的に互いに分
   離（２２、２３）されるように、中心管（１）の内側空
   胴部に分離底（１５）が配設されていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１に
   記載のキャンドルフィルター。 ７、最大流れ断面を有する部分流路接続部が被処理媒質
   の入口（１６）に、最小流れ断面を有する部分流路接続
   部が濃縮物出口（２１）に連通することを特徴とする、
   特許請求の範囲第３項ないし第６項のいずれか１に記載
   のキャンドルフィルター。 ８、流路（１０）の閉じた側（４０）が中心管（１）に
   固定され、２個の部分流路接続部（４２、４３）がキャ
   ンドルフィルターを取囲むケースの中に自由に開放し、
   ２個の部分流路接続部（４２、４３）が流体力学的に互
   いに分離されるように、上記のケースが密封または分離
   手段によって区分されていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第５項に記載のキャンドルフィルター。 ９、流路（１０）の閉じた側（８）が巻成体の外側にあ
   り、２個の部分流路接続部が貫通孔（２、２′）を介し
   て中心管（１）の内側空胴部に連通し、２個の部分流路
   接続部が流体力学的に互いに分離されるように分離底（
   １５）が中心管（１）の空胴部に配設されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載のキャンドル
   フィルター。 １０、透過液通路（３４）が膜（３、４）の間に三方（
   ３１、３２、３３）が閉じた通路として形成され、この
   流路が中心管（１）の貫通孔（２″）の別個の軸方向列
   を介して、中心管（１）の内部に供給路（２２）および
   濃縮液排出路（２３）から分離して形成された透過液通
   路（３７）と連通することを特徴とする、特許請求の範
   囲第６項または第９項に記載のキャンドルフィルター。 １１、それぞれ２枚の膜（３、４）の間に形成された流
   路（１０）に格子状平面スペーサ（３５）が挿入され、
   隔壁（１２）がこのスペーサと共に弾性密封部材として
   均質に結合されまたは一体に形成され、その際膜（３、
   ４）と隔壁（１２）が接着または溶接され、若しくは単
   に巻成体の緊張により押圧されて水密に結合されること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項ないし第１０項の
   いずれか１に記載のキャンドルフィルター。