JPH0616819B2 - クロスフロー濾過装置 - Google Patents

クロスフロー濾過装置

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JPH0616819B2
JPH0616819B2 JP63-501329A JP50132988A JPH0616819B2 JP H0616819 B2 JPH0616819 B2 JP H0616819B2 JP 50132988 A JP50132988 A JP 50132988A JP H0616819 B2 JPH0616819 B2 JP H0616819B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、供給ストックを供給端面に受け入れて、この
供給ストックを濾過液と濃縮水に分離するためのクロス
フロー濾過装置に関するものである。
（従来の技術） 供給ストックを濾過液と、供給ストック中に懸濁してい
て、フィルターの多孔質構造体を通過するには大き過ぎ
る懸濁物質とに分離する多数の濾過装置がある。ストレ
ートスルーフィルターは懸濁物質をフィルター表面上又
はフィルターマトリックスの内部に留めて、濾過液のみ
通過させる。クロスフローフィルターはフィルター表面
を横断する接線方向の流れを伴って作用し、フィルター
表面の孔を通過できない懸濁物質を流し去るようになっ
ている。クロスフローフィルターは濃縮水、即ち濃縮し
た懸濁物質を濾過装置の一箇所から連続的に排出し、別
の箇所から濾過液を連続的に排出するようになってい
る。当技術分野で良く知られているように、クロスフロ
ーフィルターの濾過速度は、フィルター表面上に堆積さ
れたフィルターケーキの抵抗によって一般的に制限を受
ける。このケーキの厚さ及びこれにともなう抵抗は、ク
ロスフロー速度によって左右される。保持された懸濁物
質を偏って濃縮することによりケーキ厚さ左右されるこ
の現象は、技術文献に広く記載されている。最大の濾過
速度を得るために、通常はフィルターケーキに比較して
濾過液の流動抵抗が小さい多孔質の材料でクロスフロー
フィルターが作られる。即ち、作動に於て多孔質フィル
ター自体を横断する圧力降下はフィルターケーキを横断
する圧力降下よりも小さく、又、フィルターケーキの抵
抗はフィルター表面を横断する流体力学的な流動状態に
よって決定されるのである。
クロスフィルターは多数の通路が形成されている多孔質
のモノリスを使用して構成することができる。このよう
なモノリスは、通常は平行で一様な間隔を隔てられた数
十〜数千もの通路を有する。供給ストックはモノリスの
一端側に加圧されて導びかれ、これらの通路を通して平
行に流れ、又、濾過装置の下流端に於て濃縮水として引
き出される。濾過液は、通路を隔てている多孔質モノリ
スの壁部内に流れ込み、合流し且つ又その壁部を通して
モノリスの周面へ向かって流れ、モノリスと一体に形成
された圧力を維持するための外側スキンを通して排出さ
れるのである。モノリスの通路の壁部の曲がりくねった
流路内を流れる抵抗は濾過容量を激しく制限する。この
ため、大きな表面積の多数の通路を備えた多孔質モノリ
スをベースとするクロスフローフィルターはあまり使用
されていない。
クロスフロー濾過装置を膜支持部材として使用した膜装
置は、半浸透膜を使用して濾過液（浸透液とも称され
る）を濃縮水から分離している。粒子、コロイド、高分
子、及び分子量の小さな分子を分離する各種様々な膜装
置がある。膜は一般に機械的な支持部材を必要とする。
この支持部材は、自己支持の非対称膜と一体化でき、そ
うでなければ別体とすることができる。別体とされる場
合には、多孔質の支持部材の上に膜をコーティングする
か、或いはこの支持部材によって単純に機械的に支持さ
れる。
多数の通路を有する多孔質モノリスは膜支持部として特
に有用である。この場合には、膜は通路の壁部に取り付
けられる。この通路の壁部は機械的な支持部材として作
用すると共に、濾過液をその収集領域へ排出するための
流路としても作用する。モノリスの通路の壁部の流動抵
抗が高いと、先ず第一に、例えば動力学的形成方法によ
る膜の適正な形成が阻害されるという問題が生じる。第
二に、膜が他の方法でモノリス通路の壁部に付与された
としても、濾過液の流れに対する通路の壁部の抵抗が装
置容量を制限してしまう。この制限は、このような装置
の開発に於て、例えば米国特許第４，０６９，１５７号
でフーバー及びロバーツによって、明確に認識されてき
た。この特許は、数多くのパラメータを特定の範囲内の
値に制限することによって上述した制限を解決できるこ
とを教示している。単位体積当りの通路の表面積、支持
部材の多孔性、及び、支持部材の全体積に対する通路空
間を除いた支持部材の残りの体積の比率が或る範囲に定
められ、そして組み合わされて、支持部材としての浸透
係数の許容範囲が定められるのである。
その他のモノリスをベースとした膜装置が米国、フラン
ス国、及び中華人民共和国に於て開発されてきている。
これらの装置に関して、専門家は支持部材の浸透性の制
限を認識している。一般的には、この制限は、全体径の
小さな比較的少ない供給通路と大きな孔寸法を有する支
持部材とを組み合わせたモノリスを使用することによっ
て、克服される。このような膜装置の１つは、それぞれ
が１９本迄の通路を有する多数の小径な六角モノリスを
使用しており、これらのモノリスが円筒形ハウジング内
に配置されている。濾過液は各モノリスの６つの側面の
全てから排出され、他のモノリスから排出された濾過液
と混合された後、集められる。この装置の全体的な収容
密度、即ち単位体積当りの膜面積は、非常に小さい。
膜装置の支持部材としてのモノリスは、支持部材を貫通
する実質的に均一な間隔の通路を使用しているという共
通の特徴を有している。このような束縛を与えられて、
製品開発者は上述で参照した特許にフーバー及びロバー
ツによって詳述されているような変数を使用して、濾過
液の流路の制限を回避するように開発を進めてきた。
（発明が解決しようとする課題） 多孔質モノリスの通路の壁部の流動抵抗は、クロスフロ
ー濾過装置、或いは膜装置の膜支持にモノリスを使用す
る際の制限ファクターであった。更に、この流動抵抗
は、濾過装置の収容密度、即ち単位体積当りのフィルタ
ー又は膜の有効面積が大きくなるに伴って、増々厳しく
影響する。
本発明の目的は容易に濾過液を排出できるように改良し
たクロスフロー濾過装置を提供することである。
本発明の他の目的は、体積に比較して大きな通路表面積
を有するクロスフロー濾過装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、最内側の通路と、濾過装置と
組み合わされている濾過液収集領域との間に於てさえ
も、濾過液の流動に関する圧力降下が小さいようになさ
れた、実質的に全ての通路を使用するようなクロスフロ
ー濾過装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、通路の壁部が小さな孔寸法を
有するが、適当な濾過液の排出速度を維持できるような
クロスフロー濾過装置を提供することである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、供給ストックを供給端面に受け入れて、この
供給ストックを濾過液と濃縮水に分離するためのクロス
フロー濾過装置であって、 複数の通路を画定している多孔質材料製のモノリスを有
し、これら通路は該モリノスの前記供給端面から濃縮水
の排出端面まで長手方向に延びていて、前記通路を通っ
て前記供給ストックが流れて前記クロスフロー濾過装置
から濃縮水を排出させるようになっており、また、 濾過液を濾過液収集領域に向かって搬送するための濾過
液導管を有し、各濾過液導管は前記モノリスの長手方向
に延びる複数の室と、これらの室から前記濾過液収集領
域へ横断方向に延びる少なくとも１個の濾過液のための
スロットとを含み、 前記濾過液導管は、前記モノリスの両端面から閉塞部材
により隔離されており、かつ前記モノリス内の残りの流
路の流動抵抗よりも小さい流路抵抗を有する流路を提供
しており、 前記通路のうちの少なくともいくつかと近くにある前記
室とはこれらの間に介在する前記通路により離されるこ
とを特徴とする。
（作用） 本発明においては、濾過液を濾過液収集領域に向かって
搬送するための濾過液導管を有しており、この濾過液導
管はモノリスの長手方向に延びる複数の室と、これらの
室から濾過液収集領域へ横断方向に延びるスロットとを
含んでいる。このような濾過液導管を備えることによっ
て、濾過液はモノリス内部から濾過液収集領域に向かっ
て、小さな流動抵抗のもとに、有効に搬ばれるようにな
るのである。
（発明の効果） 本発明によれば、濾過液を容易に排出することができ、
濾過液の流動に関する圧力降下を小さくし、濾過液の排
出速度を適切に維持することができ、多孔質モノリスの
通路の流動抵抗による濾過液流動に対する制限という問
題を簡単な構成を採用することによって克服することが
できる。
（実施例） 本発明の一実施例である第１図のクロスフロー濾過装置
１０は円筒形モノリスを有し、通路１２及び濾過液のた
めの導管１６、１８を含んでいる。導管１６、１８は、
例えば製造時に押出又はその他の方法によって、モノリ
スに形成される。第１図では、通路１２のみがクロスフ
ロー濾過装置１０の中央に示されている。濾過液のため
の導管１６、１８は、クロスフロー濾過装置１０の下部
２０及び上部２２へ向けて平行に配置されたスロット１
４と、互いに隣接配置された、モノリスの長手方向に延
びる複数の室（第２図の実施例において後述する）とを
含んでいる。
本発明によるクロスフロー濾過装置１０はクロスフロー
濾過設備２４の一部をなしている。円筒形リングの端部
フイッティング２６がセメントによって円筒形のクロス
フロー濾過装置１０の外側モノリススキン２３に対して
結合されている。ねじ付端部キャップ２８がハウジング
３２の組み合うねじ部分３０に螺合され、端部フイッテ
ィング２６を供給接続パイプ３４に対して押圧して、０
−リングシール５６でシールするようになっている。第
二のＯ−リングシール５８は円筒形リング２６とハウジ
ング３２のねじ部分３０との間に備えられている。濾過
液収集領域３６はスキン２３とハウジング３２との間に
位置される。
この濾過装置の作動について説明すると、供給ストック
は圧力をかけられて矢印３８で示す方向へ押し込められ
る。クロスフロー濾過装置１０は供給側端部４０が供給
ストックを受け入れ、また、濃縮水排出側端部（図示せ
ず）から排出されるまで流体を長手方向に流す。供給側
端部４０は通路１２の四角い開口を明らかにしていて、
各開口は壁部で包囲されている。濾過液のための導管１
６、１８のためのプラグ４４も備えられている。モノリ
スにおける供給側及び濃縮水排出側の端部のプラグ（閉
塞部材）４４は、濾過液のための導管１６、１８を供給
ストック又は濃縮水と直接接触しないように隔離してい
る。通路１２の壁部は濾過液が濾過液のための導管１
６、１８にのみ流入するようになしている。これらのプ
ラグ４４は組成に応じて硬化又は焼成によって硬くさ
れ、供給ストック及び濃縮水と、濾過液のための導管１
６、１８の中の濾過液との間に積極的なバリヤを形成す
るようになされる。プラグ４４が多孔質材料で作られる
ならば、プラグ４４の孔は通路１２の壁部の孔よりも大
きくないことが望ましい。プラグ４４の機械的強度、並
びに化学的及び熱的な抵抗力は、供給ストックの特性や
意図された作動の圧力及び温度に応じて選定される。
第１図において、供給側端部４０内に流入した後、流体
は通路１２に沿って流れる。濾過液は矢印５０によって
示すように次第に取り出され、浸透できない濃縮水が矢
印５２で示すように流れ続ける。濾過液は導管１６、１
８に到達すると、スキン２３へ向けて流れ、スキン２３
を通して矢印５４で示すように濾過液収集領域３６に容
易に流される。
クロスフロー濾過装置１０は通路１２の表面に張り付け
られた選択透過膜を含むことができる。この選択透過膜
は、クロスフロー濾過、限外濾過、逆浸透、ガス分離、
或いは浸透気化法に適切な膜の群から選択され得る。
また、通路の表面積は、構造体１cm3当り約３．２８〜
３２．８cm2（１ft3当り約１００〜１０００ft2）、又
は１cm3当り約６．５６〜２３．２cm2（１ft3当り約２
００〜８００ft2）である。
クロスフロー濾過装置１０は通路の壁部を含めてセラミ
ックス、プラスチック、或いは砂のような樹脂充填固体
のような様々な多孔質材料から製造することができる。
セラミックスの中では、キン青石、アルミナ、ムライ
ト、シリカ、ジルコニア、チタニア、シリコンカーバイ
ド、スピネル或いはそれらの混合物が好ましい。材料の
多孔度は２０〜６０％の範囲が許容され、３０％以上で
あるのが好ましい。平均孔径は幅広い範囲で選定できる
が、典型的には約０．１〜２０ミクロンの範囲である。
本発明によるクロスフロー濾過装置のパラメータの選定
は、ダーシーの法則（Darcy′s law）のコゼニー−カル
メン（Kozeny-carmen）の適用によって助けられる。即
ち、 ここで、Ｑ／Ａは多孔質媒体を通る質量の流れ割合、即
ち、体積流量／単位時間／単位横断面積、εは多孔度、
△Ｐは圧力降下、ｋ′はコゼニー−カルメン定数（平均
的には５つの値）、Ｌは流れ長さ、μは流体の粘度、そ
してＳは多孔質媒体の表面積である。コゼニー−カルメ
ンの等式は、例えばケミカル・エンジニアリング・ジャ
ーナル（ローウザーン）、１０、ＰＰ．１−３４（１９
７５）の、デュリアン、Ｆ．Ａ．Ｌ．「多孔質媒体及び
多孔質構造体を通る単一相の流れ」に記載されている。
表面積Ｓは以下の関係式で孔の流体直径ＤＨに関係す
る。即ち、 それ故に、与えられた材料に関する質量の流れの割合Ｑ
／Ａは、孔寸法及び他のファクターに次のように関係す
るのである。即ち、 平均孔径は、従って通路の壁部に於る多孔度を決定する
上で非常に重要となる。入手可能な最大孔寸法の多孔質
材料を使用するのが望ましいように見做されるが、これ
は必然的に不可能である。クロスフロー濾過に於ては、
孔径が分離効果を決定するので、大きな孔の多孔質材料
は適当な分離効率に欠ける。膜支持部材としてモノリス
を使用するためには、大きな孔の多孔質材料は同様に使
用することができない。例えば、米国特許第３，９７
７，９６７号にてトルールソン及びリッツは、マイクロ
孔を有する多孔質支持部材に動力学的に形成した無機膜
に関しては、支持部材が２ミクロンより大きな孔を有す
る材料を使用した場合に、メンブレンを形成するのに使
用された粒子懸濁液に浮遊する微粉が支持部材の孔構造
及びプラグの孔の何れの中にも進入し、この結果として
望ましくない程に浸透速度が低くなることを、記載して
いる。これとは逆に、米国特許第４０６９１５７号のフ
ーバー及びロバーツの動力学的膜形成方法は、好ましい
孔径１０〜１７ミクロンにまで許容している。更に又、
スリップ注型法によって無機膜が形成される場合には、
孔径の一層大きな支持部材が使用可能であり、米国特許
第４，５６２，０２１号にアラリその他によって説明さ
れている通りである。このようにして、膜支持部材とし
て使用されたモノリスに関しては、使用可能な最大の孔
径は膜形成の技術により決まる。しかしながら、一般的
には、膜はより微細な孔径の多孔質材料に形成されるほ
どその形成は容易となるのである。
本発明によるクロスフロー濾過装置の構造は、そのクロ
スフロー濾過装置を使用する目的に応じて、その形状及
び構成材料を選択し得る。クロスフロー濾過装置１０の
構造を考えるならば、その濾過液の流れの特徴はモノリ
スの断面を調べることによって予測できるのである。こ
の予測のために、この断面は、モノリス通路内部への均
等に分散された水の濾過液流量が４０．７m3／１日／m2
の幾何学的面積（１０００ガロン／１日／ft2の幾何学
的面積（gfd））であると仮定する。この装置がクロス
フロー濾過に使用されるならば、これは典型的且つ望ま
しい濾過速度を多くの適用対象に於て果たすであろう。
このモリノス装置がメンブレンサポートとして使用され
るならば、同じ濾過流量レベルが限外濾過及び逆浸透装
置にも適当となり、このような膜装置は約４．０７m3／
１日／m2（約１００gfd）以上の水フラックスを有する
ことになる。この程度の水フラックスは殆どの場合の適
用において問題はない。
均一に分布された水の濾過液流量が４０．７m3／１日／
m2（１０００gfd）であると仮定されると、モノリス通
路の壁部を横断する圧力降下は推測できる。以下のサン
プル計算に於て、モノリスのパラメータは次の通りであ
る。即ち、サポート材料の多孔度は４５％、通路密度
は、１．１１８mm径（０．０４４in）の通路寸法で四角
い通路が４６．５本／cm2（３００本／in2）、壁厚は
０．３０５mm（０．０１２in）、そして通路表面積は２
０．８７cm2／cm3（５３in2／in3）である。(3)式を使
用し、コゼーニ−−カルメンの係数を５として、構造体
の中央から濾過液のための導管へ至る迄の圧力降下が、
濾過液のための導管の間に異なる数ｎの通路が有るとし
て、又、平均孔径が異なるＤＨの寸法であるとして、第
１表に示してある。この圧力降下はkg／cm2（1b／in
2（psi））で示してある。
これらの計算によれば、導管の間の通路本数が増大した
り、孔寸法が減少するに伴って、内部通路から濾過液の
ための導管へ至る圧力降下が驚異的に増大することを示
している。この圧力降下は通路本数の二乗と共に増大す
る。何故ならば、濾過液の流量（Ｑ／Ａ）、及び流動通
路流さ(L)の両方が通路の本数に比例して増大するから
である。
同様な計算が異なる通路寸法のモノリスに関して行われ
た。第２表の結果はこのような分析を示している。即
ち、 これらの計算は、四角い通路で多孔度が４５％、孔径が
４ミクロンで導管の間に５本の通路を形成して、商業的
に入手できるモノリス（濾過液のための導管は形成され
ていない）の寸法特性をベースに行われた。このような
一群のモノリス材料に関しては、構造体の中央からの圧
力降下は導管の間隔距離にほぼ比例して増大した。この
ことは、(3)式の変数の間の相互作用を反映している。
このように、この一群の材料に関しては、重要なパラメ
ータは濾過液のための導管の間隔距離となるのである。
第１表から注目すべきことは、通路寸法を固定したモノ
リスに関しては重要なパラメータは導管の間隔の二乗で
ある。
本発明による装置として選定された構造は、その装置が
作動される圧力にも依存する。例えば限外濾過装置に関
しては、装置は典型的にゲージ圧が３．５２〜７．０３
kg／cm2（５０〜１００psig）の下で作動される。第１
表のモノリス材料に関しては、好ましいモノリス基体は
４ミクロンもしくはそれ以上の孔径を有し、濾過液のた
めの導管の間に５本もしくはそれ以下の本数の通路が形
成されたものとなされる。逆浸透装置に関しては、その
システムはゲージ圧が３５．２〜７０．３kg／cm2（５
００〜１０００psig）の下で作動され、より細かい孔径
の材料とされるか、或いは濾過液のための導管の間の通
路の本数が一層多いものが使用されるのである。
多孔度の相違、流体の相違、コゼニー−カルメン定数値
の相違（材料に依存する）、その他の変数が相違すれ
ば、これらの値は変更することが必要となる。更に又、
上述した計算は、４０．７m3／１日／m2（１０００gf
d）の均等分布された流量の濾過液が通路の壁部内に流
入するとの仮定に基づいて行われた。この推測は、例え
ばソリューションキャスティングやスリップ注型法によ
って通路の壁部に付与された膜を有する装置に関して大
体通用するのであり、又、膜は主に濾過液の排出に対す
る抵抗を与えるのである。クロスフロー濾過又は動力学
的膜の形成に関しては、濾過液の均等な流れの推測は通
用しない。これらの場合には、多孔質材料を通る濾過液
の流れは濾過液のための導管に接近して非常に多くな
り、又、濾過液のための導管からの距離が長くなるにつ
れて急激に減少する。この場合、濾過液のための導管の
間隔は、濾過液のための導管から離れた路壁を通して濾
過液が適当に流れるようになすために、一層小さくしな
ければならないのである。この代わりに、孔径及び多孔
度が大きいか通路壁が厚い多孔質材料を使用することが
必要になる。これらのことを考慮すれば、動力学的形成
以外の方法で付与された膜支持部材として使用される多
孔質材料、或いはクロスフローフィルターや動力学的形
成方法で形成された膜支持部材として使用される多孔質
材料には、異なる要求値が存在することになる。しかし
これらの典型的な結果は、濾過液のための導管の形成さ
れていないモノリスを使用することに関連して制限を、
又、このような導管を組み込んだ結果としての有利な利
点を示すのである。ここに詳述したような濾過液のため
の導管の存在は、３９．４〜３９４cm2／cm3（１００〜
１０００in2／in3）の範囲の通路面積、好ましくは７
８．７〜３１５cm2／cm3（２００〜８００in2／in3）の
間の通路面積を有する多孔質材料の有利な使用をもたら
すのである。
濾過液が一旦中空な濾過液のための導管に到達すると、
装置の外側スキンへ至る迄のこの導管内での圧力降下を
考慮しなければならない。上述した構造に関しては、都
合良い導管間隔は通路１本分、即ち１．１１８mm（０．
０４４in）の寸法である。導管の長さ、即ちモノリスの
中央部からモノリスの外側スキンへ至る長さは、典型的
には２．５４〜１０．１６mm（１〜４in）である。層流
流れに於る圧力降下に関しては、平行なプレート内の圧
力降下△ＰＬＦは次式で与えられる。即ち、 ここで、Ｖは流体の速度、ｘはチャンネル長さ、ｈはチ
ャンネル幅、μは流体の粘度、そしてｇｃは重力加速度
である。４０．７m3／１日／m2（１０００gfd）の均等
分布された水の浸透性に応答した濾過速度に関しては、
濾過液のための導管内での圧力降下は小さな値であっ
て、二十数センチメートルに至る（数インチ）迄の導管
の長さに関して７．０３７×１０-4kg／cm2（０．０１p
si）よりも小さい。それ故に、濾過液のための導管の厚
さをできるだけ小さくして、全通路容積に比較して全導
管容積を小さくすることが好ましい。このことは単位体
積当りの有効表面積を大きくするのである。単位体積当
りのフィルター表面積が大きいことでクロスフロー濾過
装置にとって濾過速度の増大が達成されるのである。
濾過液のための導管に接近した通路の壁部の機械的サポ
ートを増大することが望まれるならば、導管は通路の壁
部よりも流動抵抗の小さい濾過液のための導管を形成す
るような方法で粒状物質を充填されることができる。
本発明による好ましい実施例のクロスフロー濾過装置
は、第２図のモノリスのように実質的に等しい間隔の通
路を有する通常のモノリスからつくることもできる。モ
ノリス１５０は、通路１５２の列が間隔を隔てて設けら
れており、濾過液のための導管とされる列１５６、１５
８、１６０及び１６２がモノリスの長手方向に沿って選
定される。符号１５４で示された部分の列は略省されて
いる。図示したように、列１５６、１５８、１６０、１
６２はモノリスの長手方向に実質的に等しい間隔を隔て
られ、互いに全体的に平行とされている。これらの列
は、それぞれスロット１６６、１６８、１７０及び１７
２を有しており、これらのスロットはモノリス１５０に
切削加工で形成されている。スロット１６６、１６８、
１７０、１７２は、それぞれの列における濾過液のため
の導管の長手方向部分を、濾過液収集領域へ接続するチ
ャンネルとしている。濾過液のための各導管は、モノリ
ス１５０の長手方向に延びる複数の室１７６、１７８を
有している濾過液のための導管の室１７６、１７８は壁
部１８０によって離隔されており、共にスロット１６６
で連結されている。通路１５２のうちの少なくともいく
つかと、近くにある室１７６、１７８とはこれらの間に
介在する通路１５２により離されている。
スロットが一旦各々の濾過液のための導管列の通路に切
削されると、自由端部及び濃縮水排出側の端部が栓され
る。第３図に示すように完成されたクロスフロー濾過装
置１８４は、各スロット１８８に関する濃縮水排出側端
部にプラグ（閉塞部材）１８６を有し、又、各濾過液の
ための導管列に対する自由端部に組み合うプラグ（閉塞
部材）１９０を有する。
クロスフロー濾過装置として使用するために、モノリス
１５０は第１図の設備２４と同様な設備の所定位置に配
置される。矢印１９２で示される供給ストックの流れは
クロスフロー濾過装置１８４の自由端部へ流入する。濾
過液は通路１５２の壁部を通して流路抵抗の小さい濾過
液のための導管内に流入する。濾過液は矢印１９４で示
すように流れ、スロット１８８に達する迄流れるのであ
り、このスロット１８８の位置では矢印１９６で示す方
向に沿って濾過液が流れる。
望まれるならば更に、濾過液のための導管及びチャンネ
ルが高い多孔度の物質で充填されて、濾過液のための導
管及びチャンネルの近くの通路の壁部の機械的サポート
を増大させることができる。なお、第２図及び第３図に
示す実施例では、スロットをモノリスの端部に備えてい
るが、スロットはモノリスの中間部に備えても良い。
以下の例は、通常のモノリスと、濾過液のための導管及
びチャンネルを有する本発明によるモノリスとに関する
浸透度の比較を与えるものである。
例 １ 通常のモノリスが第１図の設備と同様な設備に組み込ま
れている。円筒形セラミック端部リングがシリコーン接
着剤を使用してモノリス端部に結合されている。米国ニ
ューヨーク州コーニングのコーニング・グラス・ワーク
ス社から入手されたモノリスが適当であり、これは直径
が１０．１６cm（４in）で長さ１５．２４cm（６in）で
ある。通路の形状は四角であり、１平方センチメートル
当り４６．５個（１平方インチ当り３００個）のセルを
均等間隔で有している。通路寸法は１．１１８mm（０．
０４４in）であり、通路の壁部の厚さは０．３０５mm
（０．０１２in）である。濾過液が流れることのできる
全通路面積は約１１６５cm2（２８ft2）であり、接着剤
で栓をされるモノリス外側スキンに近い僅かな通路の面
積は小さい。このモノリスの材料はキン青石ＥＸ−２０
であり、平均孔径は３〜４ミクロンで、多孔度３３％で
ある。このモノリスを第１図の設備に取り付けた後、１
６８cm2（２６in2）の推測面積をベースにした平均的な
水の浸透度は、４．４℃（４０゜F）で供給水の圧力が
３．５２kg／cm2（５０psi）の状態で、４．４８m3／１
日／m3（１１０gfd）である。
例 ２ 同じ材料及び通路形状の第二のモノリスは本発明によっ
て第２図及び第３図に示したような濾過液のための導管
を有する。これらの導管は通路の５列目毎の間隔を隔て
られ、シリコーン接着剤によってモノリス両端が栓をさ
れている。モノリスの一端にスロットが形成されてい
る。各スロットは濾過液収集領域へ通じる約１２．７mm
（０．５in）の開口をモノリスの側部に有していた。濾
過液が流れることのできる全通路面積は約１．８６m
2（２０ft2）であり、濾過液のための導管のため、且
つ、接着剤によって栓されたモノリススキン付近の通路
の僅かな面積のために、従来のモノリスの面積の２０％
の減少が許容された。このモノリスは例１に使用された
設備に挿着された。このモノリス水浸透度は４．４℃
（４０゜F）で供給水の圧力が３．５２kg／cm2（５０ps
i）の状態で、約９７．７５m3／１日／m3（２４００gf
d）と測定された。
この例２のモノリスは、約２０％の通路面積の減少を示
したにも拘わらず、例１の通常のモノリスの場合よりも
２２倍もモノリス浸透度が増大している。引き続いて行
われた例２のモノリスによるコロイド状のジルコニアの
非常に濁った懸濁液を使用したマイクロ濾過テストの結
果、濁りの全くない濾過液が得られた。このことは、測
定された高い浸透度がモジュール内での何等かの漏洩や
バイパスによって生じたのではなくて、本発明による濾
過液のための導管が作用した結果として生じたことを示
している。
四角い通路の四角い配列が上述の例で使用されたが、丸
や三角のような他の通路形状、及び六角形状に間隔を置
かれるような他の配列が使用できることは認識されねば
ならない。更に、上記実施例に於ては、本質的に平行
な、濾過液のための導管が記載されたが、円筒形のモノ
リスの半径に沿って個々の導管が配列されるような他の
導管配列が使用できることも認識されねばならない。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例であるクロスフロー濾過装
置を一部切除して示した概略的な構成図である。
第２図は、本発明の別の実施例において用いられるモノ
リスを未完成な状態で示す一部分の斜視図である。
第３図は、本発明のまた別の実施例において用いられる
モノリスを示す斜視図である。
１０……クロスフロー濾過装置、１２……通路、１４…
…スロット、１６，１８……導管、２０……下部、２２
……上部、２３……スキン、２４……クロスフロー濾過
設備、２６……端部フイッティング、３０……ねじ部
分、３４……供給接続パイプ、３６……濾過液収集領
域、４０……供給側端部、４４……プラグ、１２０……
室、１５０……モノリス、１５２……通路、１５６，１
５８，１６０，１６２……列、１６６，１６８，１７
０，１７２……スロット、１７６，１７８……室、１８
０……壁部、１８４……クロスフロー濾過装置、１８
６，１９０……プラグ、１８８……スロット。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】供給ストック（１９２）を供給端面に受け
    入れて、この供給ストックを濾過液と濃縮水に分離する
    ためのクロスフロー濾過装置（１８４）であって、 複数の通路（１５２）を画定している多孔質材料製のモ
    ノリス（１５０）を有し、これら通路（１５２）は該モ
    リノス（１５０）の前記供給端面から濃縮水の排出端面
    まで長手方向に延びていて、前記通路（１５２）を通っ
    て前記供給ストックが流れて前記クロスフロー濾過装置
    から濃縮水を排出させるようになっており、また、 濾過液を濾過液収集領域に向かって搬送するための濾過
    液導管を有し、各濾過液導管は前記モノリスの長手方向
    に延びる複数の室（１７６、１７８）と、これらの室か
    ら前記濾過液収集領域へ横断方向に延びる少なくとも１
    個の濾過液のためのスロット（１６６、１６８、１７
    ０、１７２）とを含み、 前記濾過液導管は、前記モノリス（１５０）の両端面か
    ら閉塞部材（１８６、１９０）により隔離されており、
    かつ前記モノリス内の残りの流路の流動抵抗よりも小さ
    い流路抵抗を有する流路を提供しており、 前記通路（１５２）のうちの少なくともいくつかと近く
    にある前記室（１７６、１７８）とはこれらの間に介在
    する前記通路（１５２）により離されていることを特徴
    とするクロスフロー濾過装置。
  2. 【請求項２】前記スロットが前記モノリス（１５０）の
    少なくとも一方の前記端面に形成されており、かつ前記
    供給ストックと前記濃縮水とから隔離するためシールさ
    れていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のク
    ロスフロー濾過装置。
  3. 【請求項３】前記多孔質材料製のモノリスがセラミック
    材料で作られていることを特徴とする請求の範囲第１項
    に記載のクロスフロー濾過装置。
  4. 【請求項４】前記通路の表面に張り付けられた選択透過
    膜を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第
    ３項までのいずれか１項に記載のクロスフロー濾過装
    置。
  5. 【請求項５】前記選択透過膜は、クロスフロー濾過、限
    外濾過、逆浸透、ガス分離、或いは浸透気化法に適切な
    膜の群から選択されていることを特徴とする請求の範囲
    第４項に記載のクロスフロー濾過装置。
  6. 【請求項６】前記通路の表面積がモノリスの容積の少な
    くとも3.28cm2／cm3（１００ft2／ft3）であることを特
    徴とする請求の範囲第１項から第５項までいずれか１項
    に記載のクロスフロー濾過装置。
  7. 【請求項７】前記濾過液収集領域が前記モノリスの少な
    くとも一側部に沿って配設されており、前記スロットが
    該濾過液収集領域と連通して濾過液を前記モノリスの一
    側部に排出するようになっていることを特徴とする請求
    の範囲第１項記載のクロスフロー濾過装置。
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