JP2000501337A - 横流方式の膜ろ過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 装置は或る数の膜モジュール（１〜８）を備え、この膜モジュールはそれぞれ、１個の膜管または複数の膜管の束を備えている。この膜管の壁は分離膜の機能を有する。膜モジュールは更に、膜管を収容するための管状の膜ケーシングを備えている。各々の膜モジュール（１〜８）は残留物を供給および排出するための各々１個の連結フランジ（２０，２１）と、浸透液を排出するための、側方に配置された４個の他の連結フランジ（２２〜２５）を備えている。この連結フランジ（２２〜２５）は膜モジュール（１〜８）をそのグループ内で自己支持するように保持している。

Description

【発明の詳細な説明】 横流方式の膜ろ過装置 本発明は、或る数の膜モジュールを備え、この膜モジュールがそれぞれ、１本 の膜管または複数の膜管の束を備え、この膜管の壁が分離膜の機能を有し、膜モ ジュールが更に、膜管を収容するため、残留物としてのろ過すべき媒体を供給す るためおよび浸透液としてのろ液を排出するための管状のモジュールケーシング を備え、各々の膜モジュールが残留物を供給および排出するための各々１個の連 結フランジと、浸透液を排出するための少なくとも１個の他の連結口を備えてい る、横流方式で膜ろ過するための装置に関する。 このような膜モジュールは横流式ろ過装置の構成要素として知られている。横 流ろ過は圧縮ろ過である。その際、ろ過すべき製品は所定の速度で通過方向に対 して横方向に、フィルタまたはろ過膜の表面に沿って流れる。横流はフィルタの 表面における固体の堆積を充分に防止し、それによってフィルタを閉塞すること なく長時間連続的に運転することができる。 このような膜モジュールは往々にして、いわゆる管モジュールまたは毛管モジ ュールとして形成されている。この管モジュールまたは毛管モジュール内には、 １本または複数本の毛管または管が束状のユニットにまとめられている。その際 、分離膜は構造に応じて管の内壁または外壁に取付けられている。一実施形では 、１個のモジュール内に、内径が１／２インチの１９本の膜小管が束にまとめら れている。残留物が所定の圧力でこの１９本の小管を同時にかつ平行に流通する 。浸透液は、ろ過膜を通過した後で、各々の膜モジュールの２個の接続部から流 出する。 公知の膜の単位面積あたりのろ過能力が比較的に小さいので、実際に使用可能 な大きなろ過能力を達成するために、或る数のモジュールが直列にかつ平行にグ ループにまとめて接続されている。直列に接続されたモジュールの数が少ないと 、モジュールは４個まで直接縦方向に並べられている。その際、残留物継手はほ とんどが、この管を介してグループを支持するように、頑丈に形成されている。 そして、他の支持要素は設けられていない。この場合、浸透液管は支持機能を有 していない。 このような構造は、約４ｍｍ以下の小さな直径の膜管、いわゆる毛管小管を使 用する場合にのみ経済的である。使用される膜はたいていの場合、セラミックス からなり、５〜ｌ００ｎｍの分離限界を有するマイクロろ過の範囲で分離を行う 。膜モジュールはモジュールの容積あたり大きな膜面積割合を有する。しかし、 他の構造のモジュールと比較して、このモジュールは、小さな膜管直径が固体に よる閉塞を助長するという欠点がある。 直列に接続されたモジュールの数が多い場合（一列あたり約１６個のモジュー ルが知られている）、このモジュールは１８０゜の曲管を介して互い連結されて いる。グループが同時に平行して運転される５個の列を備えていると、８０個の モジュールはできるだけコンパクトにユニットで配置しなければならない。その ために、個々のモジュールは支持アームに支持され、残留物側と浸透液側の多数 の継手が設置される。その際、次の問題が生じる。 − 膜モジュールあたり、４個の管接続部材と、支持アーム上の２〜３個の載置 部材が必要である。約２００モジュールを有する装置の場合には、この接続部 材と載置部材は、設備コストを高め、従って装置の経済性を低下させる。 − 分離膜の寿命が制限される。それによって膜モジュールは摩耗部品であり、 或る時間間隔をおいて交換しなければならない。接続部材が多数設けられるの で、組み立ておよび分解のためのコストは莫大である。 − 公知の装置の場合には、集合管の可撓性の透明なホースから浸透液が浸透液 接続部材に供給される。連結個所が多く、ホース内に気泡が存在するので、衛 生条件が悪くなる。 そこで、本発明の根底をなす課題は、上記の問題を充分に除去することである 。 本発明では、この課題は、冒頭に述べた種類の装置において、各々の膜モジュ ールが少なくとも４個の他の連結要素を備え、この連結要素のうちの少なくとも ２個が浸透液を排出するための連結口としての働きをし、連結要素が側方におい てモジュールケーシングの外周壁に設けられ、膜モジュールが側方において外周 壁に設けられた連結要素を介して連結されて膜モジュールの少なくとも１つのグ ループを形成し、各々のグループの膜モジュールの浸透液が、外周壁に設けられ た連結口を経て、側方で連結された膜モジュールを通って排出されることによっ て解決される。 この装置の有利な変形例は、連結要素が連結フランジとして形成されていると いう利点がある。 その際、膜モジュールの側方の連結部が、外周壁に設けられた連結要素を介し て、膜モジュールを自己支持してそのグループに保持するという特徴が得られる 。装置の有利な実施形は、一つのグループのすべての膜モジュールのための他の すべての連結要素の軸線が同じ平面内に位置し、各々の膜モジュールが第１の対 の連結要素と第２の対の連結要素を備えている。この連結要素はすべて、第１の 共通の軸線または第２の共通の軸線上に設けられている。 装置の他の変形、この装置に使用するための膜モジュールおよびこのような装 置内でこのような膜モジュールを分解または組み立てるための拡開工具は、請求 の範囲に記載されている。 膜ろ過のための本発明による装置は、公知の構造に対して次の利点がある。 − 膜モジュールは側方に配置された、浸透液排出用の連結フランジを介して、 ユニット式に交換および相互連結される。 − 膜モジュールの隣に配置される、多数のホース接続片を備えた別個の浸透液 集合管が省略される。 − 互いに連結された膜モジュールは自己支持構造体を形成する。 − 装置の製作コストが大幅に節約される。 − 膜モジュールの間の連結部が良好な衛生条件と良好な洗浄性を有する。 次に、図に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。 図１は膜ろ過のための本発明による装置を示す正面図、 図２は図１の装置の側面図、 図３，３ｂ，３ｃ，３ｄは図１，２の装置のモジュールケーシングに設けられ た連結フランジを詳細に示す図、 図４は本発明による装置の側方に並べて配置された膜モジュールを連結するた めの盲支持要素の横断面図、 図５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは連結フランジと共に装置に挿入および押出し可能 である、図１，２の装置のための膜モジュールの詳細図、 図６ａ，６ｂ，６ｃは本発明の装置における互いに隣接する複数の膜モジュー ルを連結するための一体の構成要素を詳細に示す図、 図７は図１，２の装置のグループ内の膜モジュールを組み立てるための拡開工 具を示す図、 図８は本発明の膜ろ過装置の代替的な構造の一部を示す側面図、 図９はモジュールケーシングの端部から充分に離れた、隣接するモジュールケ ーシングの連結要素を示す図、 図１０は本発明による装置における垂直方向に上下に配置された膜モジュール を連結するための盲支持要素の他の実施の形態を示す図である。 図１と図２は膜ろ過のための装置の８０個の膜モジュールの１つのグループの 正面図と側面図である。図１には８個の管状のモジュールケーシング１〜８が示 してある。このモジュールケーシングは壁状に上下に直列に組み立てられ、一つ のグループ１６を形成している。モジュールケーシング１は１８０゜の曲管９を 介してモジュールケーシング２に直列に連結されている。同様に、次のモジュー ルケーシング７は曲管１０を介してモジュールケーシング３に連結され、そして 最後にモジュールケーシング７が曲管１５を介してモジュールケーシング８に連 結されている。曲管１０，１２，１４は図２の側面図にも示してある。 図２に示すように、グループ１６内で上下にかつ直列に組み立てられた、曲管 ９〜１５を備えたモジュールケーシング１〜８のほかに、モジュールケーシング の他の９個の同じようなグループが組み立てられている。このグループのうち、 最後のグループが１７で示してある。すべてのグループ１６〜１７には、その最 も下側のモジュール１等の集合管１８から、残留物としてのろ過すべき媒体が供 給される。残留物は圧力下で複数列のモジュール１〜８等を通って上方へ流れ、 最後のモジュール８等で第２の集合管１９から排出される。 図１に示すように、各々のモジュールケーシング１〜８等はその端部に、残留 物のための各々１個の連結フランジ２０，２１等と、浸透液としてのろ液を排出 するための各々２個の連結フランジ２２，２３，２４，２５等を備えている。浸 透液のための連結フランジ２２，２３または２４，２５等はそのすべてが第１の 共通の軸線２６と第２の共通の軸線２７上にあり、浸透液を排出するためにモジ ュールケーシング１〜８等を連結する。図１および図２に示すように、浸透液は グループ１６〜１７等の軸線２６，２７等から、上方に設けられた集合管２８， ２９を経て排出される。 最も下側のモジュールケーシング１等の下方に向いた浸透液フランジは、２本 の連結管３０，３１によって互いに連結されている。この連結管は洗浄のための それぞれ１個の出口３２を備え、基礎成形体３３，３４に支承されている。更に 、モジュールケーシング１〜８等のグループ１６〜１７等は、浸透液フランジ２ ２〜２５等を介して基礎成形体３３，３４に自己支持されている。 図３ａはモジュールケーシング４に片側が取付けられた残留物用フランジ２１ と、浸透液用の２個のフランジ２４，２５を示している。これらのフランジは共 通の１個の成形部品として形成されている。図３ａ〜３ｄは膜管の束３５を示し ている。この膜管はモジュールケーシング４内に、それ自体公知の方法でろ過要 素として配置されている。残留物はフランジ２１から膜管に流入し、浸透液は膜 管を浸透し、モジュールケーシング４とフランジ２４，２５を通って流出する。 フランジ２４，２５は図示のように、浸透液を排出するための管継手を形成し ている。この管継手の内径は、束３５の包絡円筒体の直径よりも大きい。従って 、浸透液流れは図１の軸線２６，２７に沿って集合管２８，２９至る、図３ａ〜 ３ｄに示すように束３５の傍らを通って流れるのに充分な空間を有する。フラン ジ２４によって形成された管継手は、図示していない拡開工具を使用するための 支持面３８を備えている。この拡開工具は支持面３８と、隣接する次の次の膜モ ジュールの管継手の支持面との間で使用され、それによって組み立て時にその間 にある次の膜モジュールを自由に動かすことができる。 図１，２から判るように、管状のモジュールケーシング１〜８と、隣接するグ ループ１６〜１７のモジュールケーシングは、それらの端部でのみ、浸透液フラ ンジ２２〜２５等によって保持されている。図４は浸透液フランジ２４，２５と 盲支持要素３６の垂直断面を示している。この支持要素は膜管束３５を有する、 水平に並べて配置されたモジュールケーシングを互いに支持している。支持要素 ３６は、浸透液フランジ２４，２５に対してモジュールケーシング１〜８等の端 部からその中央の方へずらして配置されると有利である。 図５ａ〜５ｄはモジュールケーシング１を示している。このモジュールケーシ ングは浸透液用のその連結要素２４′，２５′と共に、この連結要素に接続され た連結管３７の間から押出しおよび挿入可能である。図５ｄの細部Ａは連結管３ ７に設けられたスナップ継手３８を示している。このスナップ継手は連結管３７ に挿入する際にモジュールケーシング１を錠止する。モジュールケーシング１の 反対側の端部には、ここでも押出しおよび挿入を可能にするために、連結要素２ ４′，２５′が図５ｂに相応して形成されている。 図６ａ，６ｂ，６ｃは図１の連結フランジ２２，２３の代わりに、連結のため および複数のモジュールケーシング１の浸透液を排出するための一体の管状構成 要素３９を示している。このような構成要素は図１の軸線２６または２７に沿っ た１６個の連結フランジと置き換え可能である。図６ｃの細部Ａは連結管３９に 設けられたスナップ継手３８を示している。このスナップ継手はこの場合にも、 構成要素３９に挿入する際にモジュールケーシング１を錠止する。 図７は拡開工具４０を示している。この拡開工具は２つのモジュールケーシン グ３，５の残留物のための連結フランジ２１に支持されている。この２つのモジ ュールケーシングは組み立てられるモジュールケーシング４に隣接している。拡 開工具４０はねじ付きスリーブ４１を備えている。このねじ付きスリーブは手で 締め棒４２を回転すると、反対向きの２本のねじ付きピン４３，４４を反対方向 に動かす。 図８は図２の装置の代替的な膜ろ過装置の一部を示す側面図である。この代替 的な構造の場合には、複数の列として接続された膜モジュールのグループ１６′ ，１７′は水平に配置されている。グループの残留物入口１８′には図示してい ない集合管から残留物が供給される。浸透液のための連結フランジ２２′，２３ ′等は図１と異なり、異なるグループ１６′〜１７′のモジュールケーシングを 連結する。集合管を経て残留液と浸透液を供給および排出する構造は、図１，２ の構造に一致している。 図８の装置は、連結フランジ２２′，２３′等によって生じるグループ１６′ 〜１７′の側方間隔を狭くすることができるという利点がある。 図９は隣接するモジュールケーシング１″における連結要素２２″の配置を示 している。この連結要素と残留物用モジュールケーシング１″の端フランジ２１ ２″との間隔は、モジュールケーシング１″の直径の３倍よりも大きい。この構 造は、図１の構造と比べて、モジュールケーシングがその全長にわたって均一に 支持され、残留物のための１８０゜の曲管９′の支持機能が良好に利用されると いう利点がある。 図１０は、本発明による装置における垂直方向に上下に設けられた膜モジュー ル１′を連結するための盲支持要素３６′の他の実施の形態を示す図である。こ のような支持要素３６′は隣接する膜モジュール１′の間にその全長にわたって 設けることができる。この支持要素は図９の構造に類似して、膜モジュール１′ を均一に安定化させるために役立つ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．或る数の膜モジュールを備え、この膜モジュールがそれぞれ、１本の膜管ま たは複数の膜管の束（３５′，３５″）を備え、この膜管の壁が分離膜の機能 を有し、膜モジュールが更に、膜管を収容するため、残留物としてのろ過すべ き媒体を供給するためおよび浸透液としてのろ液を排出するための管状のモジ ュールケーシング（１〜８，１′，１″）を備え、各々の膜モジュールが残留 物を供給および排出するための各々１個の連結フランジ（２０，２１）と、浸 透液を排出するための少なくとも１個の他の連結口（２２〜２５）を備えてい る、横流方式で膜ろ過するための装置において、各々の膜モジュールが少なく とも４個の他の連結要素（２２〜２５）を備え、この連結要素のうちの少なく とも２個が浸透液を排出するための連結口としての働きをし、連結要素が側方 においてモジュールケーシング（１〜８，１′，１″）の外周壁に設けられ、 膜モジュールが側方において外周壁に設けられた連結要素（２２〜２５）を介 して連結されて膜モジュールの少なくとも１つのグループ（１６，１７，１６ ′，１７′）を形成し、各々のグループ（１６，１７，１６′，１７′）の膜 モジュールの浸透液が、外周壁に設けられた連結口（２２〜２５）を経て、側 方で連結された膜モジュールを通って排出されることを特徴とする装置。 ２．連結要素が連結フランジ（２２〜２５）として形成されていることを特徴と する請求項１記載の装置。 ３．膜モジュールの側方の連結部材が、外周壁（１〜８，１′，ｌ″）に設けら れた連結要素（２２〜２５）を介して、膜モジュールをそのグループ内で自己 支持するよう保持していることを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４．側方においてモジュールケーシング（１〜８，１′，１″）の外周壁に設け られた他の４個の連結フランジ（２２〜２５）の軸線が、対をなして各々一つ の平面内で横にしてモジュールケーシング（１〜８，ｌ′，ｌ″）に配置され ていることを特徴とする請求項２記載の装置。 ５．一つのグループ（１６，１７）の膜モジュール（１〜８）が、他の連結フラ ンジ（２４′，２５′）と連結管（３７）を介して互いに連結され、この連 結 フランジの軸線が対をなして各々一つの平面内に位置するように、連結フラン ジが側方で外周壁に配置されていることを特徴とする請求項４記載の装置。 ６．一つのグループ（１６，１７）のすべての膜モジュールのための他のすべて の連結要素（２２〜２５）の軸線が、同じ平面内に位置し、各々の膜モジュー ルが第１の対の連結要素（２２，２３）と第２の対の連結要素（２４，２５） を備え、この連結要素のすべてが第１の共通の軸線（２７）または第２の共通 の軸線（２６）に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置 。 ７．側方においてモジュールケーシングの外周壁に配置され互いに連結された浸 透液を排出するための連結フランジ（２４，２５）によって形成された管継手 の内径が、膜モジュール内に設けられた膜管の束（３５）の包絡円筒の直径よ りも大きいことを特徴とする請求項２と６記載の装置。 ８．膜モジュールの管状のモジュールケーシング（１〜８，１′，１″）が側方 において外周壁に設けられた連結要素（２２〜２５）の間で、その形を安定化 させるための手段によって補強されていることを特徴とする請求項１記載の装 置。 ９．膜モジュールのグループの自己支持構造が、側方においてモジュールケーシ ングの外周壁に設けられた連結要素の間で、隣接する膜モジュールによって安 定化されていることを特徴とする請求項３記載の装置。 10．膜モジュールの連結フランジ（２１）が、浸透液を供給および排出するため に、その軸線がモジュールケーシング（４）の軸線に対して平行になるように 、モジュールケーシングの端部に配置され、残留物用の各々１個の連結フラン ジ（２１）と、それに対して横方向に位置する、浸透液を排出するための２個 の連結フランジ（２４，２５）が、各々１つの共通の成形体で作られているこ とを特徴とする請求項２記載の装置。 11．一つのグループの膜モジュールが、他の連結フランジ（２４′，２５′） と共に、連結管（３７）の位置を変えずに連結管（３７）の間から押出しおよ び挿入可能であり、この連結フランジの軸線が対をなして各々１個の平面内に 位置するように連結フランジが側方において外周壁に配置されていることを特 徴 とする請求項５記載の装置。 12．軸線が対をなして各々１個の平面内で側方に配置された、一つのグループの 膜モジュールの他の連結フランジのための連結管（２４，２５）が、拡開工具 のための支持面（３８）を備え、この拡開工具が一グループ内の膜モジュール の分解および組み立て時に、横隣りの膜モジュールを拡開するために使用可能 であることを特徴とする請求項１１記載の装置。 13．側方においてモジュールケーシング（１″）の外周壁に配置された連結要素 （２２′）の手段が、残留物のための隣の連結フランジ（２１″）から間隔を おいて外周壁に配置され、この間隔が管状のモジュールケーシング（１″）の 直径の３倍よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の装置。 14．モジュールケーシング（１）の外周壁の側方に配置された、互いに隣接する 少なくとも２つの膜モジュールの互いに一致する連結要素が、一体の構造要素 （３９）によって互いに連結され、この構造要素内に膜モジュールが差込み可 能に保持されていることを特徴とする請求項６記載の装置。 15．残留物を供給および排出するための各々１個の連結フランジ（２０，２１） と、少なくとも４個の他の連結要素（２２〜２５）とを備え、この連結要素の 少なくとも２個が浸透液を排出するための連結口を備え、この連結口がモジュ ールケーシング（４）の外周壁の側方に配置されていることを特徴とする請求 項１〜１４のいずれか一つに記載の膜ろ過用装置のためのモジュール（１〜８ ）。 16．拡開工具が一グループの膜モジュールの他の連結フランジのための連結管（ ２４，２５）に支持するために適しており、この連結フランジの軸線が対をな いて各々一つの平面内で横方向に位置するように連結フランジが配置され、か つ組み立てられる膜モジュールに隣接していることを特徴とする請求項５また は１２記載の膜ろ過装置のグループ内の膜モジュールを分解または組み立てる ための拡開工具。 17．拡開工具（４０）が１つのグループの膜モジュール（３，５）の残留物を供 給または排出するための連結フランジに支持するために適しており、この連結 フランジが組み立てられる膜モジュールに隣接していることを特徴とする請求 項１１記載の膜ろ過装置のグループ内の膜モジュール（４）を分解または組み 立てるための拡開工具（４０）。