JPH01500335A - 限外濾過装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 限外濾過装置 発明の背景 本発明は、圧力流によって半透膜を通すことにより、液体を両分に分離する技術 、すなわち限外濾過として知られているものに関し、特にはその仕業を実施でき るようにした装置に関する。

限外濾過は、圧力流によって半透膜を通して液体を画分に分ける方法についての 一般的な用語である。膜材料を適切に選択することにより、液体を分子量に基づ いて分離し、極めて高純度の透過体を得ることができる。この方法は、チーズ製 造用牛乳を乳清及び牛乳予備チーズ生成物へ分離すること、並びに発酵汁から抗 生物質を濃縮すること等、多くの産業に広い用途をもっている。

従来技術との関連で本発明の位置を確認する際には２つの重要な特徴がある。第 １に、濾過方法を分類するとマイクロ（微小）濾過、限外濾過及び超濾過（逆浸 透）となる、これらの方法は、使用する膜の細孔寸法及び系を運転する圧力によ って主に分けられる。マイクロ濾過は比較的大きな細孔寸法（０，０２〜２．０ １ｍ１）及び低圧（３０〜１５０ｐｓｉ）で操作する。超濾過すなわち逆浸透は 、５〜１５人の範囲から微小分子及びイオンの寸法範囲（分子量１５０以下）の 細孔寸法、並びに２００〜１０００　ｐｓｉの圧力で操作する。限外濾過は、前 記の２つの方法の中間の値、分子量範囲２００〜３５０．０００及び細孔直径約 １０〜１０００人で操作する。本発明の好ましい態様は主に限外濾過に関するも のであるが、本発明はマイクロ濾過の役割も同様に良好に果すであろうし、超濾 過装置にも適用することができよう。

第２に、限外濾過の分野には、液体を両分に分離する数種の手段が含まれる。最 初に理解すべき点は、流路を横断するように配置したフィルターに液体を通過さ せ、目的外の固体をフィルター上に保持させ、目的物を清浄化液体産出物とする 「濾過」方法と同様の態様で限外濾過を操作するものではないという点である。

それとは逆に、限外濾過は半透膜の存在下に液体を置くことによって原液を２つ の百分に分離することを目指すものであり、その液体の一方の部分〔透過体（ｐ ｅｒｍｅａ　ｔｅ）と称する〕は膜を通過し、他の部分は原液流中に残留する〔 残留体（ｒｅｔｅｎａｔｅ）　）　ｅ従って、限外濾過系では、濾過手段に原液 を貫通させる（ｔｈｒｏｕｇｈ）というよりはむしろ交差させる（ａｃｒｏｓｓ ）　＊また、特定の用途によっては、一方の画分又は他方の両分がこの方法の目 的生成物となることができる０例えば、チーズの製造においては、目的生成物は 残留体（予備チーズ液）であり、ジュース製造法では透過体すなわち清浄化果実 ジュースが目的物である。

数種の限外濾過法が従来技術によって提案されてきた０本発明の中心的な親心は 「プレート・フレーム（ｐｌａｔｅ　ａｎｄｆｒａｍｅ）　Ｊ限外濾過として分 類される方法にある。この方法では、一連のプレートが半透膜を支持し、そして これらの濾過用膜に原液を交差通過させる。他の方法としてはらせん膜装置を挙 げることができる。この装置では、膜を有孔集成管中・に包み、管の長さ方向に 原液を通過させる。また、膜を管状の形で存在させ、原液を管内に通して、透過 体は管を通過させて膜ハウジング内に収集することもできる。あるいは、中空繊 維膜を管状ハウジング内に含有させた中空繊維膜が提供された。繊維のコアに原 液を通過させ、繊維を取り囲む波路から透過体を収集する。本発明と比較すれば 、これらの方法の欠点は当業者には明白であろう。

言うまでもなく、好ましいプレート・フレーム法は原液に対して広い膜面積を提 供することに依存している。そして、膜支持体を使用し、膜材料をプレートの両 側に配置し、そしてプレートを積み重ねて配列することは当業界で公知である。

一般に、これらの積み重ね体は原液用の供給及び排出流通路を備えており、それ らは積み重ね体の反対側に配置されているので、液体はプレートの一方の側、す なわち隣接プレートの膜間を流れることができ、原液が加圧下で膜表面と親密に 接触して限外濾過が可能になる。目的成分の完全な抽出を実施するためには、系 内の１回の通過では一般に不充分であるので、通常は残留体を限外濾過装置に数 回循環させる。更に、積み重ね体を副アセンブリに分割することも知られている 。

各々の副アセンブリは供給及び排出通路をもっているので、液体は副アセンブリ のすべての支持体部材の膜と平行交差して流れ、成る副アセンブリの排出流は連 続した副アセンブリの供給流に流れる。

現在利用可能な装置には多くの問題点がある。限外濾過装置の評価は２つの基準 に基づいて行われる。すなわち、原液を処理することのできる最大濃度を反映す る濃度比（原液の初期体積と処理後の最終体積の比として定義される）、及び単 位時間当りに膜の一定面積を通過する透過体の体積として定義され、一般に１日 当り及び膜ｆｔ”当りの透過体のガロン数（Ｇ　Ｆ　Ｄ）で表わされる流束速度 である。これらの２つの要素は、特定の用途に対して選択される限外濾過装置の 規格を決定する。

従来技術が提供した代表的な装置は、Ｍａｄｓｅｎに対する米国特許第３．８７ ２．０１５号明細書に記載の楕円体構造である。その特許明細書に記載されてい るとおり、その装置は前記のものと同様のものであり、各プレート様部材が楕円 体の形状である。各プレートが主軸の端部に向かって形成された２個の開口部を もっているので、直線状に配列した開口部を通して圧締ボルトを通すことによっ て積み重ね体を形成すると供給及び排出通路が形成される。プレート表面の曲が った溝は一方の開口部から他へ延びる。これらの溝は、一般に、徐々に小さくな る周辺部の同心楕円を一組形成するものと説明することができる０周期的に間隔 を設けた部材の１つの開口部に設けた閉塞部材は、前記のとおり、積み重ね体を 副アセンブリに分割する役目をもつ。

原液は副アセンブリの入口通路を通って流れ、隣接膜間の間隙中を通過する。原 液の流圧は各プレート表面に対して両方の膜に与えられ、従って、液体は表面溝 に相当する流路内を流れる。全波路の頂上の流圧が等しく、そして外側流路中の 流れ経路が内側流路の流れ経路よりもかなり長いものとすれば、流体力学の基本 原理により、内部流路内の流速が外側流路内よりもかなり太き（なることが予想 される。この予想は実際の操作から＊認される。残留体の速度が増加するのに伴 って、外側流路中の流速は減少し、最終的には０に落ち、その点で波路はつまる 。比較的短い内部流路は流れパターンを実際に「短絡（中断）」シ、そしてこの 方法は、系を通る繰返し再循環によって原液が更に濃縮されるので連続する。

この特許の譲受人は、プレートの中心部分を除いて楕円状環を残し、そして外側 の（長い）流路の深さを増加することによって前記の問題を転減することを試み た。この設計は穴づまりの問題を改善するが、排出の減少（膜面積の減少による ）が犠牲になり、コストが高くなる（膜材料の非能率的な生産：取り除いた中央 部分を他の用途に転用できない）、更に、この設計を観察して明らかになった点 によれば、不均質な流速のために、成る場合には内側流路がつまり、そして他の 場合には外側流路が閉塞するので、どの流路が最初につまるのかが不確実である 。この設計に伴う問題点は、不均一な長さの流れ流路をもつことに直接的に由来 し、前記の配置に固有のものと思われる。

前の方法が、Ｂｒｅｙｓｓｅの米国再発行特許第３０，６３２号（米国特許第３ ，８３１，７６３号の再発行）明細書に記載されている。この装置の基本構造は 前記のものと類似しているが、プレートは長方形であり、締結部材を隣接プレー ト間に配置して密封を促進し、プレート間に原液が流れる間隙を規定する。各プ レートは２個の開口部をもち、これらが入口及び出口通路を規定し、そして中間 プレート（これは前記開口部を１個だけもっている）は積み重ね体を副アセンブ リに分割する作用をもつ。プレートの両側表面にくぼみが形成され、その中に充 填材料を担持させて透過体の収集を可能にし、そして膜をこの材料の頂上に担持 させる。この特許の譲受人が提供した、前記装置の変形では、（ぼみ表面中に形 成されそしてそれを横切って延びる盛り上り稜を代りに使用する。

広い粘度範囲に亘る操作を必要とする分野に前記の装置を使用すると２つの問題 が現れる。第１の問題は、各プレートの外側周辺部に締結部材（代表的にはガス ケント）を含ませることによって、原液を入口通路に導入することのできる圧力 が制限される。勿論１．このような制限によって全体の流速および得られる排出 物が限定される。

この設計は、原液からの固体の堆積を防としない（特に高粘度のものに使用した 場合）。先に述べた装置の場合と同様に、この問題は流体力学の基本原理に由来 する。周知のとおり、流路内の液体流は均一ではないが、流路の成る側から別の 側へ速度プロフィルを示す。波路の側面において速度は最底である（事実１、流 路壁と接触する境界層では速度はＯである）。更に、流路を横断する速度差は、 液体の速度（速度が速くなると、より大きな差異が生れる）、及び流路の寸法（ より広い流路はかなり低い速度の、より明白な領域をもたらす）に関連がある。

これらの理論的予想は実際に起きることが観察される。抗生物質の用途（原液が 高水準の懸濁固体。

を含有している）に使用した場合には、この装置の縁部における汁液の流速は堆 積を回避するのに充分な程度には高くなく、各プレートの中心に向かって徐々に 小さくなる領域に流れを制限する。透過流が減少すること、及び膜を洗浄し変更 する必要が増える点で排出が悪くなる。

これらの装置に共通する欠点は、経済的に興味のある透過体の回収を提供する流 速で、各プレート表面を横断する均一流を提供することができないことである。

本発明が取り組むのはこれらの問題である。

光皿Ω！１ 本発明の目的は、広い範囲の原液粘度に亘って改良された操作を可能とする限外 濾過装置を提供することにある。

本発明側の目的は、限外濾過装置用の改良された膜支持体にある。

本発明の更に別の目的は、支持体表面を横断する均一流を可能とする限外濾過装 置用の膜支持体を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、成る積み重ね副アセンブリから別の同様な副アセンブ リへの転移に関連する乱流を減少する改良された性能をもつ限外濾過装置を提供 することにある。

これらの目的は本発明によって達成される。好ましいＢ様においては、限外濾過 装置は積み重ね体を形成するように配列した複数の支持体パネルを含有する。各 パネルはほぼ平坦で長方形の形であり、２つの平坦面は同じように形成される。

積み重ね体の中の隣接パネル間を原液が流、れることができるように、各パネル の一方の面の周辺部の回りに盛上り縁部を設ける。各パネルの周辺部付近（好ま しくはそれらの反対側面上）に２個の開口部を形成する。これらの開口部を直線 状にしてパネルを積み重ね、入口及び出口ダクトを形成する。

各開口部の周囲に２種のリングを置き、同じ型のリングを１つのパネル面に配置 する０分配リングは、選ばれた方向へ流体流を向けるためにリングの周辺部に分 配開口部を含んでおり、密封リングは平坦な上方面をもっている。成るパネルの 分配リングが隣接パネルの密封リングを圧迫してダクト内の密封を行うように、 パネルを積み重ねる。膜は、パネルの盛上げ縁部をかぶせるように、各パネルの 各面上に担持させ、従って、隣接パネルの前記縁部によって与えられる圧締力が 積み重ね体に全体的な密封を形成する。

成る開口部から別の開口部へ（好ましくは等距離間隔として）設けた縦方向リブ を各パネルの両面上に形成する。ここで縦方向流路を前記各リブのいずれかの側 に配置する。前記流路間の領域には複数の横方向リプがあり、横方向流路を前記 の隣接リブ間に設ける。最適の残留体流を提供するために、これらの横方向リブ の頂上面を縦方向リブの頂上面の下に設け、そして最適の透過体流を提供するた めに、横方向流路の底部を縦方向流路の底部の上に設ける。接続流路（好ましく は、深さが縦方向流路と少なくとも等しい）を支持体部材表面部分の回りに延ば し、その中に縦方向及び横方向リブを形成する。透過体抽出口（支持体部材の頂 上に配置するのが好ましい）を接続流路と連絡させて透過体の収集を可能にする 。

このダクトは、透過体を収集手段へ運ぶ流体連絡手段例えばプラスチック管へ接 続するようにしである。透過体は縦方向流路に収集し、縦方向流路そして接続流 路へ流れ、そして透過体抽出口を経て排出される。

支持体パネルを組立てて積み重ね体とする。末端プレートは積み重ね体の各末端 に配置する。末端プレートを介して積み重ね体に圧縮力を加えてパネルを正しい 位置に保持し、各々の密封を行う、好ましい形態では、積み重ね体内に乱流減少 フランジを設けることにより、積み重ね体をモジュール（各モジュールは多数の パネルを含む）に細分する。これらの単位はモジュールの出口ダクトから流体を 受け取り、連続するモジュールの入口ダクトへ導入するために積み重ね体の反対 側へ前記の流体を向ける。パネルを横断する流体流が底部から頂部へ（重力に関 して）向かい、各モジュールの入口ダクトを積み重ね体の底部に配置し、そして 出口ダクトを頂上部に配置した場合に、最適の性能が得られることが分かった。

各ダクトにおいて流れを閉鎖し、そして連続する副アセンブリにおいてその流体 を反対方向に流す手段を従来技術が教示するように設けるのとは異なり、本発明 は乱流減少フランジを使用して積み重ね体を副アセンブリに分割する。これらの 成分は、成る副アセンブリの頂上から、その連続する副アセンブリの底部へ流体 流を向け、装置を通じて底部−頂上流体流を提供する。このような流れは、原液 中の乱流を減少することによって改良された性能を提供し、更に、透過体抽出口 をパネル上の最低圧領域に常に配置することを確保することにより、透過体排出 を改良する。更に、この設計によれば系内の閉じ込め空気による不均一流が除か れる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の膜支持体の一態様を模式的に示したものである。

第２図は、第１図のｎ−ｎ面に沿った詳細な側面図である。

第３図は、第１図のｍ−ｍ面に沿って切り欠いた詳細な側断面図である。

第４図は、第２図の領域■を模式的に示したものである。

第５（ａ）図及び第５（ｂ）図は、第１図に示した態様の分配リング及び密封リ ングを模式的に示したものである。

第６図は、本発明の限外濾過装置の模式的側面図である。

しい　、の量　な量゛ 本発明は、一般に、各々が２個の半透膜を担持し、そして積み重ね体に配置され た複数のパネルを含んでいる。流れ通路は隣接パネルに担持された膜の間に存在 する。積み重ね体は、多数のモジュール（各々、多数のパネルを含有する）に細 分される。原液は第１のモジュール中に導入され、そのモジュールのパネルを横 切って平行に流れ、続いて、それに連続するモジュールに流れ、その場所で平行 流れパターンを繰返す。モジュール間において、液体は乱流減少フランジ（これ は乱流を消散して透過体生産量を増加する）を通って流れる。

本発明を理解するには、最初に個々のパネルを詳細に検討し、次に装置全体を見 るのが良いであろう。。

第１図に本発明の支持体パネル（１０）を示す６図に示すように、このパネルは ほぼ平坦で長方形の形状をもち、２つの面（１２）　（１４）をもつ、以下の説 明は図示されている面について行うが、特に断らない限り、２つの面は同等であ るものと理解されたい、このパネルは、当業者には理解されるとおり、成形プラ スチック材料から形成するのが好ましい。抗生物質産業（汚染の可能性がないこ とが重要である）で使用するためには、単独片プレートに成形されたポリスルホ ンプラスチックを使用するのが好ましい、パネルの形状は、流れパターンに影響 を与えない限り　（後述する）、重要ではない。図示の態様では、パネル寸法は 約２１インチ×約１５インチである。盛上げ縁部（１３）が１つのパネル面の周 囲に設けである。これが面間に存在する唯一の相違点である。好ましくは、この 縁部が２個の稜（各々は丸い上方面をもつ）を含む、この稜の機能については後 述する。

２個の開口部（１６）をパネルの周辺部（好ましくはパネルの表軸を中心として ）に形成する。後述するように、予め選んだ方向への最適流を保証するためには 、これらの開口部を平坦化楕円形として形成し、平坦な側をパネルの中心に向っ て配向するのが好ましい。開口部の寸法は、設計全体の水力的要件に一致するよ うに選ぶ。

第５（ａ）図及び第５（ｂ）図に示す２つのリングを各開口部に担持させる（各 面に１個）０分配リング（１Ｂ）　（第５（ａ）図〕にはリングの周囲に形成さ れた盛上げ歯（２５）によって規定される一連の分配口（２６）が含まれている 。密封リング（１９）　（第５（ｂ）図〕は実質的に平坦な上方面（２４）をも っている。各型のリング１個を反対側端部に配置して各開口部に担持させる。

同じ型のリングがパネルの同じ面に担持されるように配列する０両方の型は比較 的軟質の材料例えばポリプロピレンプラスチックから作成し、両リングの組み合 せた厚さを隣接開口部表面間の距離とほぼ等しくして、後述する密封機能を提供 する。任意の適当な取付手段を用いることができるが、リングから突き出したラ グ（図示せず）とかみ合う取付くぼみ（２０）を開口部の周囲に設けるのが有効 であることが分かった。

当業者であれば、他の設計のリングを使用して、本明細書で好ましいとする手段 と同じ機能を提供することができることを理解できるであろう０例えば、一方の リングだけが歯をもつのではなく、両方のリングが歯（２５）と同様の同じ歯を もつことができる。前記の選んだ設計が、製造が簡単なだけでなく、最良の性能 を提供するものであることか分かった。

パネル面の構造は第１図、第２図、第３図及び第４図の各図で見ることができる 。ｖ１方向リブ（２８）は開口部間に延びており、このリブ１対で流れ流路（３ ０）を規定する。これらの波路は相互に平行で好ましくは同じ寸法であり、この 流路の数は当業者には明白なとおり、パネル面を横切る均一流を提供するように 選ぶ、第１図に示す１ｌＬｉ様では合計１８個の流路及び１６個の縦方向リブを もち、最も外側の波路は外側周辺にリブをもたず、そしてその数の流路が前記の 均一流の達成に有・効であることが分かった。２つの縦方向流路（３２）は各縦 方向リブのいずれかの側に存在する。縦方向リブの頂上面は比較的平坦で、盛上 げ縁（１３）の頂上面のわずか下方にある。

縦方向リブ及び流路の間に一連の横方向リブ（３４）及び流路（３６）があり、 縦方向リブ及び流路とほぼ直角に位置する。第２図に、より明瞭に示すとおり、 横方向リブの頂上は縦方向リブの頂上のわずか下にあり、横方向流路の底部は縦 方向流路の底部の上に位置する。横方向及び縦方向の波路の相対的な深さは重要 ではなく、後に詳述するように、図示する配置が望ましい流れパターンを得るの に有効であることが分かった。

前記の組合せに代えて、リブと流路との他の組合せを使うことができる。例えば 、縦方向リブの各対の間に単独の縦方向流路を配置することができる。あるいは 、前記の縦方向リブの間に一連の中間縦方向リブ（これらの中間縦方向リプは主 要縦方向リブの頂上よりも低い水準の頂上をもつ）を提供することによって横方 向リブ及び波路を省くことができる。

あるいは、前記の透過体流れ系に代えて、当業界で知られているように、内部透 過体排出系を用いることができる。しかしながら、その系にはかなりの欠点、例 えば漏れの傾向（食品及び抗生物質の用途で最も重大である）及び透過体流速の 制限がある。更に、前記のプレートは、単独片設計と比べて製造が更に離しく、 従ってコストが高くなる。

接続流路（３８）が、リブ及び流路が形成されている面の部分を取り囲んでいる 。この流路は、縦方向流路の深さと好ましくは少な（とも等しい深さをもち、各 々の縦方向流路と交差して、それから流体流を受け取る。透過体抽出口（３９） は便利な位置で接続流路と交差し、パネル側部を通る流体流経路を提供する。図 示するように、このダクトは、透過体収集手段例えばプラスチック管と接続する ためにパネル側面から外側に突出している。他の収集手段は、当業者には明らか なように、別のダクト構造を必要とする。

取付ラグ（４０）はパネル側面から外側に突出しており、適当な担体例えばラン ク上に取付けるようにパネルを適合させている。当業者であれば、他の望ましい 取付配置にパネルを適合させる方法は理解できるであろう。

単独パネルの操作を第３図に示す。パネル面上に半透膜（３８）を配置すること によりパネルを操作用に調製する。適当な膜材料の選択は、当業者に周知のとお り、具体的用途によって左右される０次に、リングを開口部に挿入する。ここで 、分配リング（１８）を一方のパネル面に使用し、密封リング（１９）を反対面 に使用する。なお、第３図ではリングをパネルと膜との間にわずかな間隙がある が、この間隙は説明のためであり、実際にはそれら成分は親密に接触している点 に注意されたい。

膜とパネルは共働して原液を２つの両分に分離する。流体は、矢印Ａの経路に従 って、分配口（２６）を経てパネル間の間隙に流れ、膜表面と接触する。透過体 は膜に浸透し、収集され、取り出される０分配口は流れ流路（３０）に関連して 配置され、前記流路の上にある膜の部分に流体を向ける。隣接パネルの縦方向リ ブ（２８）は相互に支え合い（装置全体の操作に関連して後述する）、原液流れ 流路の範囲内に残留体流れを制限する。これらの波路は比較的狭いので、各流路 を横切る、従ってパネルの全面を横切る流体速度は比較的均一である。

流体圧は膜を横方向リブ（３４）に向ける。横方向リプの頂上は縦方向リブの頂 上よりも低い。従って、膜は縦方向リブの各頂上面及び側面に向けられる。

透過体は膜を通過して流れ、横方向流路（３６）内に集まる。

これらの流路（及び縦方向流路（３６））は膜（これは縦方向及び横方向リブに よって支えられている）の水準よりも低い点に注意されたい、このような流路を 設けることにより、膜と接触せずに透過体をパネルと膜の底部面との間に流すこ とができ、比較的自由な透過体流及びより速い透過体流速（又は流束）が得られ ることが分かった。透過体は横方向流路から縦方向流路（３２）へ、従って接続 流路（３７）へ流れ、そこですべての縦方向流路からの透過体を受けとる。透過 体抽出口（３９）は、接続流路と流体的連絡状態にあり、適当な収集手段（図示 せず）へ透過体を導く排出点を提供する。

装置全体について考えると、限外濾過装置は、第６図に示すとおり、開口部（１ ６）を直線上に配列して、パネルを積み重ねることによって組立てる。開口部を 直線状に配置することにより、積み重ね体内に２つのダクトが形成される。

パネルは、盛上げ縁（１３）　（これは各パネルの一面にのみ存在する）を同じ 方向に延ばしながら配列し、答録を隣接パネルの反対側面の相当する平坦面と接 触させ、膜の外側部分を締めて積み重ね体用の外側密封を形成する。また、１方 のパネルの分配リング（１８）と隣接パネルの密封リング（１９）の頂上面（２ ４）とを接触させて積み重ね体内に形成されたダクトを密封する。更に、各パネ ルの両面上の縦方向リブ（２８）を接触させ、膜をされら締めて原液流れ経路（ ３０）を相互に密封する。

末端プレー）　（４１）を第６図に示すように、積み重ね体の各端部に配置する 。これらのプレートは積み重ね体の密封を行うのに必要な圧縮力に耐えるのに充 分耐久性があり、全パネルを完全に支える寸法である。

積み重ね体は当業界に公知の任意の適当な態様で支持することができる。好まし くは、取付ラグ（４０）あるいは選んだ取付手段を受ける手段（図示せず）を初 めとして、う、り　（図示せず）を設ける。また、当業者であれば、積み重ね体 へ圧縮力を与える手段例えば容易に入手可能な水力加圧手段を設ける必要がある ことは理解できよう。

当業界で知られているように、積み重ね体をモジュールに細分するのが好ましい 。この目的のために、乱流減少フランジ（４６）を適当な間隔で積み重ね体に挿 入する。前記のとおり、当業界の教示によれば、この目的を達成するために閉塞 手段を使用し、連続モジュールの反対側の方向へ流体が移動する流れパターンが 得られる。しかしながら、流体を上方方向に膜を横切って流すことによって最適 の性能が達成されることが見出された（本明細書において「頂上」、「底部」、 「上方」及び「下方」等の用語は重力の方向に対して使用するものとする）、従 って、本発明の積み重ね体配列は、パネルを垂直に配向させ、そしてダクトを積 み重ね体の頂上及び底部に位置させて行う、積み重ね体の底部に位置するダクト は入口ダクト（４８）であり、積み重ね体の頂上のダクトは出口ダクト（５０） である。

ダクト内部の比較的粗い表面（積み重ねたパネルから由来する）は乱流、ダクト 末端の流れ方向における突然の変化によって悪化される条件を本来的に発生する 。更に、乱流はダクトからダクトで増加し、従って、例えば、積み重ね体の４番 目のモジュール内の流体は第１番目のモジュール内の流体よりも非常に大きい乱 流を経験する。乱流の増加はパネル流路の早期のつまり、そして膜材料の膜層（ 特に、積み重ね体の末端に向かって配置したモジュールにおいて）をもたらすこ とが観察された。従って、乱流を減少する手段は性能を向上する作用がある。第 ６図に示すとおり、乱流減少フランジはディバイダーを通して形成された導管（ ４２）を含有しており、ディバ・ｆダ・−は排出ダクト（５０）からの排出物を 受け取り、流体を連続するモジュールの入ロダク）　（４８）へ導く、この導管 は滑らかな側部をもち、パネル開口部のプロファイルと合った形状をもつ。流体 力学の一般的原理によれば、そのような滑らかな通路を提供すると、乱流をモジ ュール間で消散させることができる。好ましくは、乱流減少フランジを２片単位 として形成し、内部表面が導管を生成するように成形する。

この単位は永久的に・−緒にするか、あるいは（好ましい場合には）、単位の半 分の間を密封するためにパネルの盛上げ縁と同様の盛上げ縁を一方の単位に設け ることができる。フランジ用材料は当業者が選択することができる。ステンレス スチール又はポリスルホンプラスチックは食品又は抗生物質用途において最も受 け入れることのできるものである。

限外濾過装置の操作を以下に説明する。説明の目的のため、第６図には各モジエ ール中に３枚のプレー）　（１２）を含む２個のモジュール（Ａ）および（Ｂ） から成る積み重ね体を示す。液体（これは、例えば、抗生物質生産に使用する発 酵汁であることができる）を、約１５０ｐｓｉの圧力で、適当な手段（図示せず ）により、第６図に示す最左端の末端プレー）　（４１）中に配置した入ロダク ）　（５２）を通して装置中に導入する。この液体はモジュール（Ａ）の入口ダ クト（４８）に流れ、そして前記の分配口（２６）を経て、これにより、矢印（ ａ）で示すように隣接パネル（１２）間の間隙（４４）に向かう、勿論、この流 れはモジュール中の各パネルにおいて平行して起きる。個々のパネルで起きる流 れパターンは前述のとおりである。

次に、流体はモジュール（Ａ）排出ダクト（５０ａ）に集まり、そして矢印（ｃ ）で示すとおり、乱流減少フランジ導管（４２）を経てモジュール（Ｂ）の入口 ダクト（４８ｂ）に流れる。矢印（ｄ）の経路に従って、パネル間の間隙中に流 体を進行させ、平行流パターンを繰返す。出口ダクト（５０ｃ）がこの流れを受 け取り、矢印（ｅ）に示すとおり、第６図の最右端の末端プレート中のダクト（ ５４）を通して装置から排出する。

本発明の装置の流れパターンは、各モジュール内において底部から頂上へ同じ方 向に流れる点で従来技術の装置とは実質的に異なっている点に注目することが重 要である。この配置では、透過体抽出口はパネルの低圧（出口）末端に常に配置 されており、系からの透過体の流れの改良を促進する。前記の従来技術の装置に おいては、勿論、前記口の半分は低圧領域に位置するが半分は高圧領域にある０ 本発明は流れの増加を提供するだけでなく、本発明の配列は膜の透過体側に取り 込まれた空気による「デッド領域」を除去する。

更に、積み重ね体を２つの型のパネル（一方は前記縦方向リブの２倍の高さの縦 方向リブをもつものであり、他方は透過体排出系例えば横方向リブ、横方向流路 及び前記の縦方向波路をもつものである）に分割することができる点に注意され たい、この手段は本発明の範囲内であるが、単独型のプレートを使用するのが好 ましい。

第６図に示した装置は単に説明の目的のために示したものである点も理解された い。当業者であれば、より多い又はより少ないモジュールに対する要件、あるい はモジュール内のパネル数を変える要件は、用途及びその要求に基づいて理解で きるであろう。

本発明によって構成した限外濾過装置の操作試験により、前記の利点が実際に起 きることを確認する。本発明の装置と、前記のＭａｄｓｅｎに対する米国特許第 ３，８７２，０１５号明細書の記載に沿って製造した単位とを比較した。この型 の装置は、Ｄｅ　Ｄａｎｓｋｅ　５ｕｋｋｅｒｆａｂｒｉｋｅｒ（デンマークの 会社）が製造している。原液としてペニシリン汁を使用し、２種の結果すなわち 流束〔１日当の膜材料平方フィート当りの透過体のガロン数ＣＧＦＤ））及び残 留体の最大濃度比〔初期原液体積と処理後に残留する流体の体積との比〕を記録 した。２つの装置が含むプレート数は同じであった。結果は以下のとおりである 。

援来」旦り旦１１大儂崖且 本発明　５２　２．８　Ｘ ＤＯ３装置　４０　２．０Ｘ 差（％）３０％　４０％ 本発明が従来技術よりも実質的な利点を提供することは明白である。

第６図に示した装置は説明の目的のためだけに示したものである。当業者であれ ば、より多い又はより少ないモジュールに対する要件、及び各モジュール内のパ ネル数を変える要件は理解できるであろうし、具体的用途にそれらの要件を合わ せることができよう。

勿論、当業者であれば、本発明の精神から逸脱しない限り、前記の態様に変法及 び変形が可能であることは理解されよう。

例えば、パネルの形状は変えることができ、あるいは流れ流路の正確な配置は変 えることができる。これらの変更は、添付の請求の範囲によってのみ規定される 発明の範囲内で行うことができる。

手続補正書く方式） 昭和６３年１１月１１日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１４１３ ２、発明の名称 限外浦過装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名　ニーセン、ローレンス、ジェイ。

４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、補正命令の日付 昭和６３年１１月１日（発送日） 国際調査報告 ６、補正の対象 （１）委任状 （２）明細書の翻訳文 （３）請求の範囲の翻訳文 フ、補正の内容 （１）別紙の通り （２）明細書の翻訳文の浄書（内容に変更なし）（３）　請求の範囲の翻訳文の 浄書 （内容に変更なし） ８、添付書類の目録 （１）委任状及びその翻訳文　各１通 （２）明細書の翻訳文　１通 （３）請求の範囲の翻訳文　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．原液を、その成分の分子量を基準として２つの面分に分離する装置であって 、 その液体を画分に分離する複数の半透膜手段と、前記膜手段を担持する複数の支 持体パネル手段とを含んでなり、各支持体手段が一般に平坦な長方形の形状をも つと共にそのほぼ平坦な各面上で前記膜手段を受け取るようにした２つの支持面 をもち、そして 前記支持体パネル手段の周辺部に形成された第１及び第２の開口部と、 端流路が他の波路と実質的に平行で長さが実質的に等しい、複数の原液流の流路 手段と、 前記の原液流の流路手段の下方にあって、それとは膜手段によって隔てられてい る透過体流の流路手段とを含み、前記の支持体パネル手段を、各パネルの前記開 口部が直線上になるように積み重ねて配置して、その積み重ね体内に第１及び第 ２のダクトを形成し、 前記の第１及び第２の開口部内に配置され、前記の第１及び第２のダクト手段の 液密の密封を行いそして前記の透過体流の流路に液体液を向かわせるリング手段 と、前記の積み重ね体内に選ばれた間隔で配置され、前記の積み重ね体の反対側 に流体を導く手段を含み、それによって前記の積み重ね体を複数のモジュールに 細分し、前記の各モジュールの前記の膜部材を平行流が横切り、前記モジュール 間を直列に流れ、そして前記の平行流が前記のすべての膜部材を同じ方向で横切 るようにした乱流減少フランジ手段とを含む、前記の装置。 ２．前記の原液流の流路手段が、その長さ方向に延びる縦方向リブによって規定 されている請求の範囲第１項記載の装置。 ３．前記の透過体流の流路手段が、 前記の隣接する縦方向リブ間に配置された縦方向流路手段少なくとも１個と、 前記の縦方向法路及びリブとほぼ直角で、隣接縦方向流路間に延び、そして前記 の縦方向波路と流体連絡状態に横方向流　路を規定する横方向リブとを含む請求 の範囲第２項記載の装置。 ４．２個の前記縦方向流路を前記縦方向リブのいずれかの側面に配置した請求の 範囲第３項記載の装置。 ５．前記の縦方向リブの高さが前記の横方向リブの高さよりも高い請求の範囲第 ３項又は第４項記載の装置。 ６．前記の縦方向流路の深さが前記の横方向流路の深さよりも深い請求の範囲第 ３項又は第４項記載の装置。 ７．前記の透過体流の流路手段が、更に、前記の透過流の流路と流体連絡状態に ある接続流路手段と、前記の接続流路手段と流体連絡状態にあり、前記膜手段に よって原液から分離された液体画分の産出を可能にする透過体抽出口手段とを含 む請求の範囲第３項又は第４項記載の装置。 ８．前記のリング手段が、 前記の開口部の一端に配置され、選ばれた方向に流体流を向ける分配リング手段 と、 前記開口部の反対側端部に配置され、前記のパネル面より上に突出した実質的に 平坦な面をもつ密封リング手段とを含む請求の範囲第１項記載の装置。 ９，前記の分配リング手段が、前記の原液流の流路手段の各々に流体流を向ける 分配出口手段を含む請求の範囲第８項記載の装置。 １０．前記の第１及び第２の開口部が、前記の原液流の波路手段の一緒になった 幅に実質的に延びている請求の範囲第１項記載の装置。 １１．前記の第１及び第２の開口部が、前記パネル手段の中心に向かって延び、 実質的に平坦な側面をもつ請求の範囲第１項又は第１０項記載の装置。 １２．原液を、その成分の分子量を基準として２つの画分に分離するのに使用す る半透膜を担持するための支持体パネルであって、ほぼ平坦な支持面２つを含ん でなり、各面は膜を受容するようにされており、そして、前記パネルの周辺部に 形成された第１及び第２の開口部と、 各流路が他の流路と実質的に平行で長さが実質的に等しい、複数の原液流の流路 手段と、 前記の原液流の流路手段の下方にあって、それとは膜手段によって隔てられてい る透過体法の流路手段とを含む前記の支持体パネル。 １３．前記の原液流の流路手段が、その長さ方向に延びる縦方向リブによって規 定されている請求の範囲第１２項記載のパネル。 １４．前記の透過体流の流路手段が、 前記の隣接する縦方向リブ間に配置された縦方向流路手段少なくとも１個と、 前記の縦方向流路及びリブとほぼ直角で、隣接縦方向流路間に延び、そして前記 の縦方向流路と流体連絡状態に横方向流路を規定する横方向リブとを含む請求の 範囲第１３項記載のパネル。 １５．２個の前記縦方向流路を前記縦方向リブのいずれかの側面に配置した請求 の範囲第１３項又は第１４項記載の装置。 １６．前記の縦方向リブの高さが前記の横方向リブの高さよりも高い請求の範囲 第１３項又は第１４項記載のパネル。 １７．前記の縦方向流路の深さが前記の横方向流路の深さよりも深い請求の範囲 第１４項記載の装置。 １８．前記の透過体流の流路手段が、更に、前記の透過流の流路と流体連絡状態 にある接続流路手段と、前記の接続流路手段と流体連絡状態にあり、前記膜手段 によって原液から分離された液体画分の産出を可能にする透過体抽出口手段とを 含む請求の範囲第１４項記載の装置。 １９．前記の第１及び第２の開口部内に配置され、前記の分離に使用するパネル と他の前記パネルとの液密の密封を行いそして前記の透過体流の流路に液体流を 向かわせるリング手段を更に含む請求の範囲第１２項記載のパネル。 ２０．前記のリング手段が、 前記の開口部の一端に配置され、選ばれた方向に流体流を向け、他の方向への流 れを閉塞する分配リング手段と、前記開口部の反対側端部に配置され、前記のパ ネル面より上に突出した実質的に平坦な面をもつ密封リング手段とを含む請求の 範囲第１９項記載のパネル。 ２１．前記の分配リング手段が、前記の原液流の流路手段の各々に流体波を向け る分配出口手段を含む請求の範囲第２０項記載のパネル。 ２２．前記の第１及び第２の開口部が、前記の原液流の流路手段の一緒になった 幅に実質的に延びている請求の範囲第１２項記載のパネル。 ２３．前記の第１及び第２の開口部が、パネルの中心に向かって延び・実質的に 平坦な側面をもつ請求の範囲第１２項又は第２２項記載のパネル。 ２４．半透膜を通る圧力流によって液体を２つの画分に分離する装置であって、 液体流経路を間に規定する、上方の膜の支持手段と、支持手段中の開口部上に配 置されることによって形成され、周期的間隔で閉塞されて装置を副アセンブリに 細分するダクト手段とを含む前記の分離装置において、連続する副アセンブリ間 に挿入され、連続する副アセンブリ間を法れる液体の乱流を液少させる乱流減少 手段を含んでなることを特徴とする、前記の分離装置。 ２５．前記の乱流減少手段が平滑導管を含む請求の範囲第２４項記載の装置。 ２６．前記の導管が、前記ダクトの断面プロファイルと実質的に同じ断面プロフ ァイルをもつ請求の範囲第２５項記載の装置。 ２７．前記の乱流減少手段が２片アセンブリである請求の範囲第２３項、第２４ 項又は第２５項記載の装置。 ２８．前記の透過体流の流路手段が、隣接する前記の縦方向リブ間に配置された 複数の縦方向流路を含む請求の範囲第２項又は第１３項記載の装置。