JPH0667458B2 - ろ過方法及び装置 - Google Patents

ろ過方法及び装置

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JPH0667458B2
JPH0667458B2 JP60500386A JP50038684A JPH0667458B2 JP H0667458 B2 JPH0667458 B2 JP H0667458B2 JP 60500386 A JP60500386 A JP 60500386A JP 50038684 A JP50038684 A JP 50038684A JP H0667458 B2 JPH0667458 B2 JP H0667458B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、最も一般的な観点において云えば、ろ過方法
及びろ過装置に関する。より詳しく云うと、本発明は、
ろ過媒体として半透膜を使用するろ過方法に関する。か
かる方法には、逆浸透、限外ろ過、透析、電気透析、ウ
オータスピッテイング（water−spitting）、パーベイ
ポレイシヨン（pervaporation）及び微細ろ過（microfi
ltration）があり、他の成分よりも膜をはるかに透過し
易いある成分によつて、選択がなされる。かかるろ過方
法は、他のものをパーミエート（permeate）に分離しな
がらある成分をリテンテート（retentate）内に保持す
ることにより、１つ又はそれ以上の物質を分離しようと
するものである。電気透析の場合には、あるイオンは、
他の溶液成分よりも膜透過性が著しく大きい。有価成分
は、特定の用途によつて、コンセントレート（concentr
ate）もしくはパーミエートか、あるいは、場合によつ
ては両者であつてもよい。ビールの微細ろ過及びブライ
ンの脱塩の場合には、パーミエートが望ましい生成物で
ある。バクテリアの成長が、不活性であるが許容できる
媒体において行なわれる医薬中間体の製造においては、
コンセントレートが有価留物である。
本発明は、最も特定的な観点においては、溶解又は懸濁
物質がフイルタ媒体に蓄積することにより、フィルタ媒
体の目詰り（clogging or blinding）という普遍的な問
題を克服することに関する。詳細に下記されているよう
に、本発明によれば、これは公知の流体力学現象又は原
理を独特に適用することにより達成され、下記するよう
に、幾つかの驚くべきかつ予期し得ない利益を伴なう。
本発明は、ろ過方法を、最も一般的な観点において、先
づ考慮することにより、理解が容易になる。世界的な年
間容積トン数から云うと、ろ過を利用する最も一般的方
法の中に、鉱物選鉱法がある。多くの場合、鉱物を含む
鉱石を所望の細かさまで粉砕し、水及び種々の界面活性
化学剤と混合する。次に、浮遊セルにおいて、空気の泡
を混合物の中に通し、化学剤により鉱物を含んでいない
軽い粒子を気泡と結合させ、表面にフロス（froth）を
形成させる。フロスの除去後、コンセントレート及び液
体を、特定のキャンバスで覆われた粗いスクリーンを有
する大きな回転ドラムに通し、水を吸引によりラムの中
央から抜き出し、ろ過ケークを、クターナイフを用い
て、ラムの一回転ごとにかつ連続してラムの外部から分
離する。微細な粒子はキヤンバスを通るが、フイルタの
目詰りを起こし、分離を妨害するので、工程を続けるに
は逆洗操作が必要となる（一般的には、1976年発行、フ
ユエルステナウ（Fuerstenau）著の「フローテイシヨ
ン」（“Flotation"）アメリカン・インスチチユート・
オブ・マイニング・メタル・アンド・ペトロリアム・エ
ンジニリング、ニユーヨーク（Am.Inst.of.Min.Met.＆P
et.Engs.、New York）1976年参照）。
おもしろいことには、数百万トンの鉱石を扱う巨大なフ
ロス浮遊プラントにおいて鉱物の分離を制御する同じ原
理が、最も複雑な装置を使用し、数センチリットルの原
料溶液に関して実験室で行なわれる分離にも当てはま
る。更に、同じ原理が、粒子を含まない真の溶液（例え
ば、塩、蛋白質などのような溶解した分子を有する溶
液）の分離に適用される。当然、フイルタ媒体及び処理
条件は大きく異なるが、基本原理は同じである。
固定膜を用いる従来の分離処理においては、第１の条件
は、液体混合物が短時間で大面積のフイルタ媒体を通過
することである。その理由は、膜を通る流量（flux）は
膜の面積と比例することから明らかであり、境界層とし
ばしば呼ばれる。液体と媒体との境界においてのみ分離
が行なわれることになる。この境界層は、拒絶された溶
質種を保持する傾向を有し、溶質種（Solute species）
は、バルク溶液へ戻るのを阻止される。これにより濃度
の偏りが生じ、ある場合にはゲル層が形成される。
一層精密な分離を可能にしたものは、もちろん、一般に
半透膜として知られている複雑なフイルタ材料の開発が
あつたからである。微細ろ過の場合には、例えば、微孔
質フイルタが、冷蔵していないビールを腐らせるバクテ
リをろ過により除去することができるので、殺菌の代わ
りをし、貯蔵安定性のある「本当の」（real draught）
ビールを市場で入手することができるようになる。逆浸
透ろ過の場合には、フイルタ媒体にかかるシステムの圧
力が浸透圧を越える場合には、ブライン及び他の汚染溶
液を、（通常、幾つかのアンテナを順次施こした後に）
飲用に適したものとすることができる。特に、調整して
つくられたプラスチツク及びセルロース材料は、このよ
うな場合にフイルタ媒体を形成する。電気透析ろ過にお
いては、同様な媒体が使用されるが、有効な蔭極と陽極
を形成する電荷が生ずると、分離を促進する。更に、治
療透析は、患者の血液を清浄にするのに使用される。し
かしながら、これらの現存するシステムは、非常に高価
であり、かつ、利用が限られている。
上記したように、フイルタ媒体の目詰りは、フイルタ媒
体の孔が詰まるにつれて、膜貫流（transmembrane flo
w）〔流量（flux）〕が低下するので、ろ過のあらゆる
段階で問題となる。ろ過ケークをはがし、キヤンバスを
逆洗することは、浮選分離においては充分なものである
が、一層微細な分離を行なう場合には、問題が倍加す
る。ゲル〔フロツク（floc）とも呼ばれる著しく水和し
た分子〕が生ずる。溶質の濃縮が境界層で生ずるので、
コロイドのような大きさの粒子の化学的沈澱が生じ、典
型的なものとして、海水からの石こう（水和硫酸カルシ
ウム）の沈澱がある。目詰りの問題は、半透膜が鉱石装
填プラントにおける粗処理用のドラムフイルタとは異な
るということから複雑となる。この問題を取扱つた先行
技術を以下に述べる。
ハンチントン（Huntinston）の米国特許第3,355,382号
には、３つの同心膜に400、300及び200Gの力を与えるよ
うに1000回転／分以上の速度で回転する逆浸透脱塩シス
テムが開示されている。外殻と膜は一体となつて回転す
る。この装置は、膜に約70.3乃至1140.6kg／cm2（約100
0乃至2000p・s.i.a）の液圧がかかるため、遠心破壊の
問題がつきまとう。膜は、出口ラインのバルブを突然閉
じて背圧をブラインの圧力よりも瞬間的に高め、「ウオ
ーターハンマー」（water hammer）を生ぜしめることに
より、周期的に洗浄される。同じ発明者の米国特許第3,
396,103号には、円筒形の膜の代わりに平坦なセグメン
トが使用されており、セグメントの表面を横切る求心加
速度が変化することにより、ブラインの側方への循環を
付勢するとともに、境界層での溶質の濃縮を低下させる
と云われている。
逆の方法がグレンチ（Grenci）の米国特許第3,400,074
号において執られている。この米国特許の場合には、ブ
ラインはドラムの内部に供給され、回転によつて得られ
る加速度は、流体を周辺の膜に対して動かすことにより
透圧を打負かすように使用される。膜とドラムは一体と
なつて回転する。しかしながら、この特許は、膜の構造
上の一体性について、入口の圧力と出口の圧力は低い
が、膜にかかる圧力は約0.703乃至703kg／cm2（10乃至1
0000p.s.i.）の範囲とすることができると記載している
が、実際には、膜の目詰りの問題と膜の構造上の一体性
については考慮を払つていない。
マンジキアン（Manjikian）の米国特許第3,821,108号、
同第3,830,372号及び同第3,849,305号には、機械撹拌器
とともに固定シリンダに偏心して取付けられた、長尺で
径が小さい円筒形の膜装置が開示されており、撹拌器の
回転は、膜が目詰にを起す物質を持たないようにする乱
流条件を維持するために行なわれる。円筒形の膜装置
は、固定シリンダの軸線を中心とする円形通路に配置さ
れる。
キーフアー（Keefer）の英国特許第1,603,746号及び同
第1,603,747号には、供給体に角速度を付与する第１の
回転子と、拡散器及び膜を有し著しく低い速度で作動す
る第２の回転子とが開示されている。供給体の自由な対
流を促進することにより、濃度の偏りとフイルタの目詰
りが低減される。
発明の概要 一般的に云うと、本発明によれば、好ましくは、半透膜
を使するろ過方法及び種々のろ過装置が提供されてい
る。
限外ろ過のような方法において半透膜を使する場合、最
も困難な問題は、膜の表面を目詰りのない状態に保持す
ることであつた。本発明は、固定外側本体内で回転する
内側本体に取付けた膜を使用している。本発明は、両本
体間の間隙の母流体（parent fluid）にテイラー渦（Ta
ylor vortices）として知られる流体力学現象を使用す
ることにより、超音波又はウオーターハンマのような手
段を使用することなく、目詰りの問題を解決するもので
ある。これらの環状のトロイダル渦は、膜を理想に近い
流量レベルに有効に保持するとともに、その他の予期し
得ない顕著な効果を奏するものであり、これらの効果の
うち最も重要なものに、著しく低いエネルギー消費で有
効にろ過が行なわれることが挙げられる。回転速度と間
隙の幅を選択することにより、所定のタイプの膜に対す
るパーミエートの組成を定めることができる。
この方法を実施するのに、特定のろ過装置を使用するこ
とができる。この装置は、固定外側シリンダと、表面に
半透膜を有する回転自在の内側シリンダとを備えてい
る。膜の内側からパーミエートを導き、集るための手段
が設けられている。母流体はシリンダ間の間隙に挿通さ
れる。内側シリンダの回転中は、流体は膜を介してろ過
される。次に、得られたパーミエート溶液が集められ
る。
パーミエート溶液を集め、かつ、内側シリンダを回転さ
せるための種々の手段が設けられている。更に、母流体
は装置内を循環させることができ、膜貫流は、種々の圧
力差手段とともに、印加される電界の使用によつて高め
られる。固定外側シリンダの内面に、単独であるいは内
側シリンダに設けた膜と関連して、設けることもでき
る。
膜を支持するシリンダの表面には、シリンダの内部に通
ずる少なくとも１つの孔と連通する一連の溝を設けるこ
とができる。溝間にありかつ膜の周辺と一致するランド
（（land）が膜を支持している。膜の周辺をシリンダの
表面のラウンドに固定するのに接着剤を使用することが
できる。
半透膜を取除くと、装置は均一な混合装置として機能す
ることができる。
従つて、本発明の目的は、半透膜によりろ過を行なう、
改良された方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、フイルタ材が、通常の操作におい
て逆圧その他の手段に頼ることなく、目詰りしない状態
に保持されるろ過方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、フイルタの表面を目詰りのない状
態に保持し、かつ、エネルギー消費が少ないろ過方法を
提供することにある。
本発明の更に別の目的は、残留している溶液によつて覆
われる部分に対応した膜表面の活性領域を有するろ過装
置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、再循環せずに自己混合を行な
うことができ、かつ、パーミエートの回収を著しく高い
レベルまで行なうことができるろ過装置を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、パーミエートにおける溶質種の濃
度を制御することができるように、回転速度を変えるこ
とができるろ過装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、半透膜に対して圧力差を生ぜ
しめる種々の手段を備えた、改良されたろ過装置を提供
することにある。
本発明の更に別の目的と利点は、１部は明細書から明ら
かになるものである。
従つて、本発明は、幾つかの工程及びかかる工程の１つ
又はそれ以上の他の工程に対する関係、並びに、かかる
特徴を発揮するように適合された構造、素子の組合わせ
及び部品の配置の特徴を具現する装置、以下の詳細な説
明に例示されているものの全てからなるものであり、本
発明の範囲は請求の範囲に示されている。
図面の簡単な説明 本発明を充分に理解するために、添付図面に関してなさ
れている以下の記載が参照される。図面において、 第１図は、流体が介在している一対のシリンダの部分断
面概略斜視図であつて本発明において利用される現象を
示すものであり、 第２図は、本発明において利用されている現象により流
体の流れを示す、第１図の一部の拡大図であり、 第3A図及び第3B図は、第２図におけるＡ−Ｂ間の接線速
度と角速度をそれぞれプロツトしたグラフ図であり、 第4A図及び第4B図は、第２図におけるＣ−Ｄ間の半径方
向速度及び角速度をそれぞれプロツトしたグラフ図であ
り、 第５図は、膜を介して除去されるべきパーミエートの別
の効果を示す第２図と同様な拡大図であり、 第６図は、本発明を実施するための装置の第１の実施例
を示す側断面図であり、 第７図は、ろ過の一般化されたシステムを示す工程系統
図であり、 第８図は、本発明を実施するための装置の第２の実施例
を示す側断面図であり、 第９図は、断面で示されているフイルタを有する第８図
の装置の内側シリンダの側面図であり、 第10図は、第９図の10−10線断面図であり、 第11図は、第８図の装置に係る外側シリンダの別の変形
例を示す側断面図であり、 第12図は、第11図の12−12線横断面図であり、 第13図は、本発明を実施するため、特に、限定された体
積の分離を行うのに適した第３の実施例を示す側断面図
であり、 第14図は、磁気駆動体を備えた本発明の第４の実施例を
示す部分側断面図であり、 第15図は、膜清浄システムを有する本発明の第５の実施
例を示す部分側断面図であり、 第16図は、第15図の16−16線横断面図であり、 第17図は、本発明を実施するための、特に、小さな体積
の分離を行うのに適した第６の実施例を示す部分側断面
図であり、 第18図は、磁気回転手段を備えた、第17図の小さな体積
用の分離器を示す側断面図であり、 第19図は、膜貫流を発生させるための印加された電場を
有する本発明の第７の実施例を示す側断面図であり、 第20図は、現場での分離を行うのに適した本発明の第８
の実施例を示す側断面図であり、 第21図は、第20図の21−21線横断面図であり、 第22図は、再循環を促進するためのプロペラ手段を備え
た第20図の装置の側断面図であり、 第23図は、第22図の23−23線横断面図であり、 第24図は、本発明に係る混合反応器の側面図である。
好ましい実施例の記載 本発明は、少なくとも重要な部分は、テイラー渦（Tayl
or vortices）と呼ばれる既知の流体力学現象が、正し
く制御された条件下で、回転半透膜ろ過装置において発
生することができ、かつ、かかる渦により膜の表面は清
浄に保持され、連続操作を行うことができるという事実
の発見に基づくものである。本発明の顕著な点は、本発
明が実施された場合のエネルギー消費が低いということ
にある。
本発明の理解は、テイラー渦現象が正しく理解されたな
らば、容易になされるものである。マグロ−ヒル（McGr
aw−Hill）社1979年発行のバウンダリー・レイヤー・セ
オリー（Boundary−Laver Theory）第７版においてシユ
リクテイング（Schlichting）が述べているように、同
心をなすシリンダの内側のシリンダだけが運動状態にあ
る場合にシリンダ間における流体の流れの不安定は、ロ
ー・レイリ（Lord Rayleigh）によつて最初に研究さ
れ、レイリーは、流体が非粘性あるという前提に基づい
て計算を行つた。テイラーは、線形理論（linear theor
y）の骨組を使用しかつ粘性流体を考慮して、あるテイ
ラー数（Taylor's number）を越えると、軸線方向に沿
つた円周方向の渦が現われ、渦は交互に反対方向に回転
するということを見出した。
第１図に着目すると、第１図はこの現象を単純な形態で
示す。即ち、外側の固定シリンダ10は、内側の半径がRi
の回転するシリンダ12から、間隙ｄだけ離隔している。
この間隙には流体14が充填されている。下記するような
適正な条件においては、時計廻り方向に回転する渦（1
6、18、20、22）と反時計廻り方向に回転する渦（17、1
9、21）が形成される。本発明はこの条件を定めること
により、流体パーミエートを内側シリンダを介して連続
的に引出しながらこれらの渦を保持するものである。
テイラーは、テイラー数（Ta）として規定される、かか
る渦を形成するための最適条件を、 と定め、上式においてνは流体の動粘度でありμｉはシ
リンダ12の周速度である。
テイラー等は、渦はある場合にはTa＝400になり、他の
場合にはTa＝1700になるが、レイノルズ数（Ra）が約10
00以上に達すると乱流が起ることを見出した。Ra＝ω
（2d）／ν、ここでは軸流速度である。即ち、当業者で
あれば、流体の流れの時間平均速度分布は、滑らかな曲
線を形成するが、瞬間速度分布は著しく凹凹凸があるこ
とを理解できるものである。かくして、第１図に示すテ
イラー渦は、「主流」（“main flow"）として特徴づけ
ることができるが、この乱流成分があり、Taが上昇する
と、この瞬間乱流速度は最後には一層要になる。
不思議なことに、知られている限りにおいては、本発明
がなされるまでは、この現象の唯一の適用は、ジヤーナ
ル軸受の潤滑と発電機の空気冷却であつた。
ろ過に適用されている本発明は、内側壁12と外側壁10と
の間の個々の渦をより詳細に考慮することにより容易に
理解されるものであり、従つて、第２図に着目すると、
第２図において点Ａ、Ｂは、渦の中と対向する内壁及び
外壁のそれぞれの位置を示し、点Ｃ、Ｄは一対の渦間の
位置を示す。ｖｚ＝接線速度、ｖｒ＝半径方向速度、及
びｖｏ＝角速度の柱座標を、使用すると、第3A図に示す
ように、ｖｚは点Ａと点Ｂとの間の正弦波を形成し、ト
ラウス（torous）の中における接線速度はゼロある。反
対方向に回転するトラウスの場合には、曲線は逆にな
る。ＣからＤまでの半径方向速度は、第4A図に示すよう
に弧を形成する。
ここで重要なことは、一方の点Ａにおける接線速度ｖｚ
によるせん断応力が一方の方向を向き、次の点Ａにおけ
るせん断応力が反対方向を向いているということであ。
ろ過装置においては、内側壁12は半透膜であり、パーミ
エートとコンセントレートの供給及び除去による正味の
軸流速度があるので、個々の渦は、螺旋形状でかつ入口
から出口へ動くようにみえると考えられる。従つて、膜
の表面は、溶液自身によつて連続的に「洗浄され」
（“scoured"）、さもなければ膜の表面に集まる粒子、
ゲル及びコロイドは溶液の中に留まる。
渦に対する膜を介しての吸引の影響は、たとえ濃度の偏
りの原因となつても、実際には大きくない。これは、単
位時間当りの膜の単位面積当りの体積流量として定義さ
れる吸引の速度が、回転するシリンダによつて生ずる線
速度に比較して小さいからである。
本発明の一の観点は、テイラー渦を形成する条件が満た
されると、ろ過は著しく小さな圧力で進行することがで
き、これらの処理において通常必要とされる大きな圧力
は避けることができるという点の発見にあり、これは、
大規模な分離の場合に重要である。しかしながら、多く
の分離においては、高い圧力が好ましい。
同心をなす内側の回転シリンダと外側の固定シリンダと
の間の理想的な層流に必要なトルク〔1960年ジヨン・ワ
イリー・アンド・サンズ（John Kiley ＆ Sons）社発
行、バード（Bird）等著のトランスポート・フエノミナ
（Transport Phenomena）参照〕と、渦の場合に必要な
トルク〔プローシデイング・オブ・ザ・ロイヤル・ソサ
イエテイ、ロンドン（Proc.Roy.Sos.,London）1932年に
掲載のテイラー（Taylor）の「フルイド・フリクシヨン
・ビツトウイーン・ローテイテイング・シリンダーズ」
（“Fluid Friction Between Rotating Cylinders"）参
照〕とを比較すると、後者は一般に、１次（軸線方向）
流から２次（渦）流へのエネルギーの移動により、約２
乃至３倍大きい。しかしながら、一般に、従来の装置に
おいて使用されていたような必要エネルギーは、回転に
必要なエネルギーよりも、まだ少なくとも１桁大きい。
本発明の場合には、理想的な条件は高い回転エネルギー
を必要とする。
これらの問題は、本発明の装置によつて克服されるもの
であり、ここで第６及び７図に着目する。
本発明に係るろ過の全体的なシステムが第７図のフロー
チヤートに示されており、このシステムは、加圧された
供給タンク１と、供給管路２と、再循環ポンプ３と、装
置４と、供給復帰管路５とを備えている。
第６図について説明すると、装置30は、駆動モータ34も
取付けられている適宜のラック32に支持されている。装
置30の固定部は、底部の中心に設けられた出口38を有す
る出口（下部）ハウジング36と、ガス管路取付具42を有
する入口（上部）ハウジング40と、駆動軸46を挿通する
中央開口44と、適宜のガスケツト（シール）48とを備え
ている。ハウジング36と40は、両者間に外側（固定）シ
リンダ50を保持しており、シリンダ50は、清澄な強力プ
ラスチツクからつくることができる。
本発明の特徴の一つは、いずれも同じ外径を有するが、
内径がそれぞれ異なり、それによつて間隙ｄを変えるこ
とができる幾つかの互いに交換することのできるシリン
ダ50を設けることができることにある。また、少しのシ
リンダ50には、第６図で仮想線で示すように、入口52と
出口54とを設けることができ、これにより供給物の再循
環を含むろ過を行うことができる。装置30の回転部は、
駆動軸のほかに、上部ハウジング56と下部ハウジング58
及び両者の間で支持されている多孔質の（回転）内側シ
リンダ60を備えている。シリンダ60の特徴は、周囲に巻
かれる膜74の端部を収容する上下方方向に伸びたスロツ
ト61を有すること、及びコンプライアント（complian
t）であること、例えば、スロツト61が膜の端部76を挿
入するようにわずかに開くことができるが、通常はしつ
かりとシールされるということである。また、ハウジン
グ56と58は、膜に対して堅密な摩擦シールを形成して漏
洩を防止するようなサイズに形成されている。上部ハウ
ジング56は、一緒に回転するように頂部に軸線方向に嵌
合された駆動軸46を有している。下部ハウジング58は、
パーミエートの出口として作用する軸線方向に伸びる開
口62と、抵抗が最小となるように選択された、テフロン
（Teflon）のような材料から形成されたブツシ64とを有
している。第２のガスケツト（シール）64が（回転す
る）下部ハウジング58と（固定）ハウジング36との間に
設けられ、かつ、Ｏ−リング66と68がシリンダ50と出口
シリンダ38との間及びシリンダ50と入口シリンダ40との
間にそれぞれ配設され、流体の漏洩を防止するようにな
つている。
重要なことは、上部ハウジング56の外径が外側ハウジン
グ50の内径よりも小さく、ガス管路42から供給されるガ
スを導くようにシリンダ50と60との間に形成された空間
72と装置の頂部に設けられた室70との間の流体連絡通路
78を提供していることである。
小さなサンプルの有効な分離を行なうように装置を適合
させることができるのは、明白である。サンプルが空間
72を満たしていない場合でも、利用できる流体に対して
大きな膜面積が得られ、管路42を介して供給されるガス
圧力により、サンプルが加圧されかつろ過が促進され
る。分離は素早く、従つて、パーミエートの回収に対す
る体積の制限は実質上ない。
本発明の有用性を、以下の特定の実施例によつて示す。
実施例Ｉ 390cm2（0.42平方フイート）の作用膜面積を有するろ過
セルを使した、Ｒｉ＝3cmで、 ｄ＝0.5cmであった。試験溶液は、水道水に溶かした0.0
2％の溶液（ν＝0.015ポアズ）であつた。純粋な水道水
を用い、0.703kg／cm2（10psi）の圧力にして、膜貫流
は 220ml／分（0.14gpm／平方フイート）又は136μsa（gpm
／平方フイート×929）（１μsa＝10-4ml／cm2・秒・気
圧）であつた。膜（内側）シリンダを100回転／分で回
転させることにより、Ta＝428が得られ、渦が現われ
た。圧力は約0.703kg／cm2（10psi）であつた。結果を
第Ｉ表に示す。第Ｉ表及び以下の表は、パーミエートの
種々の条件を示すものである。
実施例２ 同様な溶液を、異なつた条件下で、即ち、 ｄ＝0.4cm、Ri＝1.3cm及び回転速度を350回転／分にし
てTa＝705とすることにより、ろ過した。結果を第II表
に示す。
実施例３ 回転速度を800回転／分まで増加して、 Ta＝1616とした点を除いて、実施例２において使用した
のと同様な条件下で、第３の試験を行なつた。結果を第
III表に示す。
実施例４ 緩衝溶液1ml当りBSA（96乃至99％の牛のアルブミン）１
リグラムを使用して、第２の試験溶液をつくつた。緩衝
剤は次の通りであつた。
緩衝剤:0.0167モルのNaH2PO4 0.033モルのNa2HPO4 0.15モルのNaCl 0.0003モルのNaN3 この溶液は、ν＝0.01ポアズであった。実施例２及び３
と同じ装置を使用し（ｄ＝0.4cm、Ri＝1.3cm）、試験は
350回転／分で行ないTa＝1057とした。結果を第IV表で
示す。
実施例５ この試験の結果は第Ｖ表に示すが、この試験では、別の
膜が使用されたが、緩衝剤のアルブミン溶液と装置は同
じであった。しかしながら、試験は1000回転／分で２分
間行い（Ta＝3030）、次に350回転／分に落した。第Ｖ
表において、高連の場合の結果には下線を施してある。
通常のろ過と比較して、これらの結果の重要な点は、膜
を通る流体の流量が試験全体を通じてほぼ一定であつた
ことであり、これはフイルタの目詰りがないことを示す
ものである。注目すべき別の点は、パーミエート組成物
を、回転速度を変えることにより、常に変えることがで
きることである。
従来の膜分離方法においては、ミリポア（Millipore）
及びアミコン（Amicon）装置によつて代表されるよう
に、膜は容器の底に配置され、流体は孔の中に入り、磁
気撹拌棒が撹拌を行うようになつている。このような撹
拌棒は、わずかではあるが膜の表面からある距離のとこ
ろに保持しなければならず、しかも、有効な混合を行い
かつ効果的な分離を行なうためには、その構造体の少な
くともある部分は浸漬されなければならない。サンプル
の体積が小さく、かつ、高いパーミエートの回収が必要
とされる場合には、底部に相対的に面積を小さくした膜
を配設した著しく細い容器を使しなければならない。こ
れでは、分離が著しく遅くなつてしまう。
ここで、本発明の方法と装置とを使用したろ過手順の最
適性について着目する。
それ自身の速度を持つω溶液は、「一定のもの」（“iv
en"）である。本発明の装置では、間隙ｄと速度は可変
である。一般に、種々の半透膜を入手することができる
が、常にそうであるとは限らない。
次の段階は、テイラー数を最適にすることである。幾つ
かの流体の場合には、テイラ渦ーが容易に観察できる
が、そうない場合には、アルミニウム粉末を添加するの
が手取り早い方法である。これは試みの問題である。膜
がTa＝50のゲルで覆われるが、Ta＝250では清澄をとど
める場合には、後者を選択する。
間隙ｄを変えることは、式１により明らかなように、Ta
の秒のオーダーの影響を及ぼすことになるのは、もちろ
んである。ｄが小さくなる（Taが減少する）につれて、
渦は一層激しくなり、エネルギー消費は大きくなること
を理解すきである。
一般的な手順を確立する目的は、明らかである。即ち、
所望のパーミエートを得ること、膜の目詰りを防止する
こと、膜を介して良好な流量が得られること、及びこれ
らの制約の中でエネルギー消費を最小にすることであ
り、これは、回転を最も遅くしても、パーミエート及び
流量に関して所望の条件を得ることができることを意味
するものである。
本発明の２つの別の点も注目に値する。１つは、操作の
際の充分な力により、第６図に示すような装置を、上下
方向、水平方向又はある角度傾けても作動させることが
きるということである。もう一つは、Ta値は広い範囲に
亘つて許容できるので、２つのシリンダは同心的である
必要はない。例え、一方もしくは他方又は双方が円錐の
部分とすることができ、あるいは内側シリンダの軸線は
外側シリンダの軸線から分ける（offset）こともでき
る。テイラー渦はこのような操作によつても残留するこ
とが知られているが、特定の分離に対するその効果を測
定しなければならない。
ここで、第８図について説明すると、第８図には本発明
の第２の実施例が開示されている。装置104は、ブラケ
ツト107によつて支持され、かつ、駆動モータ108に連結
されている。装置104は、下部ハウジング109と上部ハウ
ジング110とを備え、これらは協働して外側シリンダ111
を支持している。同様に下部ハウジング109は入口113を
有している。出口112と入口113は、加圧された供給流体
を再循環させる場合に使用される。駆動モータ108と作
動結合されている駆動軸114は、軸受115によつて上部ハ
ウジング110内に支持されている。駆動軸114の側部に沿
つて設けられた運動用シール116aにより、供給流体は外
側シリンダ111内に保持される。
内側シリンダ117には、少なくとも一つの半径方向に伸
びる孔によつてシリンダ117内の中央孔106に接続された
グリツド状の互いに接続している狭くして浅い溝128を
有する外面が形成されている。孔106は、軸受121によつ
てハウジング109に支持された中空のシヤフト118を収容
するとともに、このシヤフト118と連通している。平坦
なシートの形状に形成された膜125が、シリンダ117の周
囲に巻かれており、端部は転写接着剤（transfer Adhes
ive）又は液体のりによつてシリンダ117に封着されてい
る。膜125は、内側シリンダ117の周囲に嵌合する寸法に
形成された継ぎ目なしスリーブとしても構成することが
できる。
膜貫流を行なつた後、パーミエートは、内側シリンダ11
7の外壁のグリツト状の相互に連絡する溝128によつて中
空のシヤフト118の中へ流れ、次に漏斗122を介して適宜
のコレクタ（図示せず）に流れる。中空のシヤフト118
と内側シリンダ117の間には静止用シール119aがあつ
て、加圧された供給流体が孔106に漏れるのを防止する
ことにより、供給流体がパーミエートと混合しないよう
にしている。シヤフト118とハウジング109との間にある
運動用シール116bは、供給液体をパーミエートから分離
するのを助ける作用をなす。内側シリンダ117と下部ハ
ウジング109との間にある静止用シール119c及び内側シ
リンダ117と上部ハウジング119との間にある静止用シー
ル119bは、供給流体をパーミエートから分離する作用を
行なう。圧力解放弁120を上部ハウジング110に設けるこ
とができる。
第９及び第10図は、第８図の装置において使用されるよ
うに内側シリンダ117の周囲に巻かれ、かつ、接着剤物
質127によつて所定の位置に保持された膜125を示す。接
着剤127は、転写テープ、のり支持棒その他塗布手段に
より、膜の周囲とシリンダ117との間に塗布される。従
つて、接着剤127は、供給液体と上記したパーミエート
液との間に障壁を形成する。
内側シリンダ117は、滑らかな上面領域129aと下面領域1
29bとを有しており、これらの領域には、接着剤が塗布
されかつシート状の膜材料126の側部周辺領域が係合す
るため、グリツド128は設けられていない。更に、内側
シリンダ117は、接着剤を塗布し、かつ、シート状の膜
材料125の端部周辺領域が係合する滑らかな長手方向に
伸びる表面領域129を有している。シートの端部は、内
側シリンダ17の表面領域129c全体に当接するのが好まし
い。膜は、内側シリンダ117上を緊張してあるいはだら
りと引張つてもよいが、膜125の周辺領域と平坦面129
a、129b及び129cとの封着係合により供給液体とパーミ
エートとの分離が確保される。内側シリンダ117の残り
の表面にはグリツド128を設けることができる。このよ
うに構成することにより、膜のシリンダに対する容易、
確実かつ迅速な取付けと、交換とを行なうことができ
る。
ここで、第11及び12図について説明すると、外側シリン
ダ130もまた、外側シリンダ139の内面に内側シリンダ11
7に面するように取付けられた膜（図示せず）を有して
いる。外側シリンダ130もまた、その内面に、両端にあ
る２つの滑らかな周辺領131b及び131cを接続する滑らか
な長手方向に伸びる表面部分131aを含む滑らかな表面領
域を有しており、接着剤を塗布できるようになつてい
る。外側シリンダ130の残りの表面領域にはグリツド状
の細い互いに連絡している溝131dが形成されている。溝
131dは、外側シリンダ130の壁を貫通する１本の孔132a
まで伸びている。孔132aは、パーミエートを受けるよう
にチユーブが結合される口132bで終端している。
第８乃至12図に示す装置はまた、２つの別々の膜素子、
即ち、内側シリンダの外面に取付けられた膜と外側シリ
ンダの内面に取付けられた膜とを備えることができる。
これら２つの膜（即ち、内側及び外側膜）は、例えば、
膜材料の全有効面積を大きくすることにより、全膜貫流
を増加させるように、同じ材料から構成することができ
る。あるいは、これら２つの膜は、異なる供給物質の分
離を行なうことができるように、組成及び構造の少なく
とも一方が異なつてもよい。
例えば、２つの膜は、一方が疎水性で他方が親水性であ
り、あるいは一方が正に帯電し〔例えば、固着又は接着
性化学物質カチオン帯電グループ（fixedor adherent c
hemical、anionic charged groups）〕、他方が負に帯
電する（例えば、固定又は接着性化学物質アニオン帯電
グループ）ものであり、又は一方が他方の膜とは異な
る、生物親和性（bio−affinity）のある種の固定又は
接着性の構造をとることができるというように、異なつ
たものとすることができる。更に、孔径排除（pore siz
e exclusion）の利用をはじめとするコンパウンド分離
の原理（compound separation principle）を採用する
ことができる。
更に、この装置の固有の遠心効果が発揮される。供給液
体流が密度の異なる物質を含む場合には、軽くて比重の
小さい物質は、濃縮されて、内側膜（即ち、内側シリン
ダの外面の膜）によつて優先的にろ過される傾向にあ
り、一方、密度の大きい物質は、濃縮されて外側膜
（（即ち、外側シリンダの内面に取付けられた膜）によ
つてろ過される傾向にある。
エマルジヨン（油滴−水中ミセル）分離を特定の用途に
適用する場合には、油と水との密度に差、油の疎水性及
びミセル表面のイオン性についての利点が得られる。
第８図の装置104は、入口113を閉じ、入口113を適宜の
プラグで置換えるか、底部ハウジング109を入口113を持
たない同様なハウジングで置換えることにより、容積の
小さい分離に変えることができる。入口113を閉じ、塞
ぎ又は除去すると、供給液体は出口112を介して供給す
ることができる。供給液体のコンセントレートは再循環
されず、適宜のガスによつて直接加圧することができ
る。
本発明に係る装置の第３の実施例が第13図に示されてお
り、同じ参照番号は第８図に示す素子と対応する素子を
示す。（限定された）容積の分離器である装置133は、
下部ハウジング147が入口113を有していない構造となつ
ている点においてのみ、第８図の実施例と異なる。供給
液体は出口112を介して供給され、所望の場合には、加
圧ガスがこの出口から導入される。
第13図に示す装置における膜貫流は、上記した態様で起
る。操作においては、膜の一部は加圧された供給液体と
接触したままであつてもよく、膜の他の部分は加圧ガス
と接触する。装置を上下方向に向けて配置して加圧ガス
が供給液体レベルの上方にくるようにすると、気体と膜
の有効面積部分との接触により、不充分な量の気体の膜
貫流が生ずる。従つて、分離処理は、供給液体のレベル
が有効な膜の表面積の下縁に近づくまで、行なうことが
できる。
第８図のタイプの装置において、（内側シリンダの外面
に第２の膜を取付けるのとは逆に）膜を外側シリンダの
内面にだけ取付けた場合には、装置は、第14図に示すよ
うに、参照番号147で概略的に示されている磁気駆動体1
47を利用することができる。これにより、運動用シール
の必要性がなくなる。
第14図において、外側シリンダ157は、これに取付けら
れた膜153とともに、上部キヤツプ148と下部キヤツプ14
9との間に保持されている。中実の内側シリンダ150は、
該内側シリンダ150によつて支持された磁気素子151aに
作用する磁気駆動体151bによつて回転される。不活性で
低摩擦の軸受152aと152bにより、内側シリンダ150の回
転は最小のエネルギー消費で行なわれるる。加圧された
供給液体は、開口154及び155を介して再循環され、一
方、パーミエートは開口156を介して引抜かれる。静止
用シール146aと146bにより、外側シリンダ157とキヤツ
プ148との間及び外側シリンダ157とキヤツプ149との間
に、それぞれ封止が形成される。
第15及び16図は、内側回転シリンダの外面にある膜をジ
エツト噴流を使用して清浄にするためのシステムを示
す。このシステムは、第８図に示すのと同様な装置を備
えているが、この装置は、内側回転シリンダ136の膜135
近くに配設されたジエツトノズル158からなるジエツト
噴霧素子を有している。複数のジエツトノズル158が示
されているが、１つのジエツトノズルを使用することも
できる。
外側シリンダ165は上部ハウジング137と下部ハウジング
138との間に保持されている。内側シリンダ136は、軸受
140内で回転する上部シヤフト139と、軸受142内で回転
する下部中空シヤフト141に支持されている。上部ハウ
ジング137には出口143aが形成され、下部ハウジング138
には入口143bが形成されている。
ジエツトノズル158は、膜の面と直交又は膜の面に向け
てごくわずかであるが角度をなして配設されている。膜
が内側シリンダの回転により回転し、かつ、ジエツト噴
霧システムが上下に動かされるようなつているので、膜
の全面を１つ又はそれ以上のジエツトノズルで清浄にす
ることができるというのが、このシステムの特徴であ
る。
より詳しく説明すると、ジエツト噴霧システムは、外側
シリンダ165と内側シリンダ136との間に形成されている
空間を上下方向に伸びる剛性チユーブ160に接続された
可撓性チユーブ159を備えている。チユーブ160は、一端
が閉じられており、少なくとも１つのジエツトノズルに
接続されてこれを支持している。あるいは、チユーブ16
0は、流体を再循環させかつ流体をチユーブ159に戻す部
材に接続することもできる。膜を清浄するのに使用され
る流体は、加圧された供給液体よりも高い圧力を有し、
可撓性チユーブ159を介してシステムに入り、チユーブ1
60を流れ、最後にジエツトノズル158に導かれる。清浄
化に使用される流体は、供給流体、パーミエート又は特
殊な流体を含んでいてもよい。
ジエツト噴霧システムが上下方向にくことができるよう
に、チユーブ160は、上部及び下部ハウジング137及び13
8を介して軸受され、かつ、交互軸受（reciprocal bear
ing）163a及び163bによつて支持されている。交互シー
ル164aと164bが、加圧された供給溶液の漏れを防止する
ように配設されている。チユーブ160は、図示していな
い手段によつて矢印144の方向に往復動されるようにな
つている。パーミエートは、第８図に示す実施例の場合
と同じ態様で、溝146a及び孔146bを流れる。
第17図について説明すると、第17図には、少量の液体を
処理するための膜を利用した分離装置を提供するため
の、本発明に係るミニ装置が開示されている。例えば、
第17図のミニ装置は、液体が臨床査室において見受けら
れるような少量の液体サンプル（例えば、血液サンプ
ル、血しよう、尿サンプルなど）である場合に、液体を
パーミエートとリテンテート（コンセントレート）とに
分けるのに使用することができる。また、このミニ装置
は、研究及び分析実験室において見られる他の少量の液
体サンプルの処理に使用することもできる。
第13図には、適宜の流体力学状態を保持しながら、少量
の液体を膜によつてろ過することができるように、少量
の液体を再循環させずに処理するための装置が示されて
いる。この装置の滞留量〔死体積（dead volume）〕
は、下部運動用シールから有効膜領域の下端のレベルま
で装置を満たすのに必要な液体の体積である。第13図の
装置においては、下部中空シヤフトと下部運動用シール
の材料により、行なおうとする分離の種類が定められる
ことになる。例えば、エチレンプロピレン製のＯリング
が下部運動用シール116bとして使用される場合には、脂
肪酸に対する低抗力は乏しいものとなる。
第17図の好ましい実施例においては、滞留量（死体積）
は減少し、下部運動用シールと下部中空シヤフトは取除
かれている。第17図のミニ装置によれば、パーミエート
は内側中空シリンダの内側に集めることができる。この
実施例では、第13図の実施例に示されているようにパー
ミエートを中空の底部シヤフトを介して中空の内側シリ
ンダから連続的に除去する代わりに、パーミエートは、
分離処理の最後まで、装置の中空内側シリンダ内に保持
される。その後、このシリンダは、固着されている膜と
ともに、ミニ装置から取外され、集められた流体を取外
す。
このミニ装置は、構造が簡単で、滞留量（死体積）が著
しく小さく、処理液と接触しない運動用シールはわずか
一つで足り、異物質による処理液の汚染の危険を低減
し、かつ、装置の操作を容易にするという特有の利点を
備えている。
ミニ装置166は、第17図に示すように、直接又は間接的
に駆動する駆動手段を有しており、本実施例では、これ
は、電気、磁気又は空気駆動のモータ172であつて、固
定上部ハウジン167に取付けられている。装置の固定部
は、上部ハウジング167、下部ハウジング、キヤツプ169
及び上部ハウジング167と下部ハウジング168との間に支
持された外側シリンダ170とを備えている。大気に連通
している通路171′が形成されているシヤフト171が、モ
ータ172に結合されており、かつ、軸受173によつてハウ
ジング167に回転自在に支持されている。膜185を有する
内側シリンダ174は、シヤフト171に支持されている。内
側シリンダ174は、表面が、175′で示す部分まで半径方
向に伸びる少なくとも１つの孔によつて、内室176に接
続されたグリツド状の互いに連絡している浅い溝175に
よつて覆われている。はじめは平坦なシートとして形成
されている膜185は、上記したのと同じ態様で内側シリ
ンダ174の周囲に巻かれ、かつ、シリンダ174に取付けら
れている。膜185は、内側シリンダ174の周囲に嵌合され
るように、継ぎ目なしスリーブの形態をとることもでき
る。
膜を通つたパーミエート180は、溝175を介して内室176
に流れ込む。内側シリンダ174と外側シリンダ170との間
にある供給液体181は、入口177から供給される適宜のガ
スによつて加圧される。上部ハウジング167と回転中空
シヤフト171との間にある運動用シール178は、入口177
を介して供給される加圧ガスのかなりの（sizeable）漏
れを防止する。シヤフト171とシリンダ174との間の封止
を形成するように、Ｏリング179が設けられている。
中空シリンダ174の内側の圧力は、シヤフト171が中空
で、上端が大気に曝されているので、大気圧と等しい圧
力に保持されるのが好ましい。
蓄積されたパーミエートは、分離処理が完了するまで、
シリンダ174の内室に保持される。その後、内室174は、
シヤフト171から外される。次に、パーミエートをリテ
ンテート（コンセントレート）とともに回収する。シヤ
フト171には、通路171′が形成されているので、このシ
ヤフト171によりパーミエートを分離処理中に回収する
ことがきる。
第17図に示す素子と同じ素子には同じ参照番号が付され
ている第18図に示す別の実施例においては、ミニ装置の
内側シリンダ186は、磁気装置189によつて回転される。
内側シリンダ186に支持されている磁気素子187は、磁気
駆動装置189と磁気結合することにより回転される。中
空シヤフト183の径は小さいので、シヤフト183の側部に
沿つた運用シール184の摩擦は減少し、磁気駆動によつ
て容易に打負かされる。
第８乃至18図に示す装置においては、供給液体流とパー
ミエートとの間の圧力差は、膜貫流を行なわせる駆動力
として使用されている。圧力差は、多くの場合、好まし
くはポンプ又は加圧ガスから供給液体に加えられる圧力
によつて生ずるが、圧力差の一部又は全部を、パーミエ
ートの流れに印加される真空によつて発生させることも
できる。
次に、第19図について説明すると、本発明の更に別の実
施例が示されており、この実施例は、内側シリンダ194
と外側シリンダ191にそれぞれ取付けられた膜194′及び
191′の少なくとも一方を横切るパーミエートの膜貫流
を発生させるための主な力又は別の力として、電場を利
用している。内側シリンダ194は、内室194″に取付けら
れた円筒形の内側電極190を収納しており、また外側シ
リンダ191は外側円筒電極192を収容している。電極190
及び192は、それぞれリード線193b及び193cによつて、
適宜の外部電界源193に接続されている。装置は更に、
共に外側シリンダ191を支持する上部ハウジング198と下
部ハウジング196を備えている。ハウジング198は、供給
液体を加圧するための入口199を有している。
適宜の膜を備えた内側シリンダ194には、通気用の通路1
97′が貫通して形成されたシヤフト197が挿通されてい
る。内側シリンダ194とシヤフト197はいずれも、回転手
段195によつて回転される。外側シリンダ191も膜191′
を有し、かつ、電極190を図示のように外側シリンダに
埋込むことができない場合には、外側電極と外側膜の背
面との間の領域は、適宜の電解質溶液、金属又は導電性
ポリマのような導電性材料からつくるべきである。更
に、操作の開始時には、電解質溶液のような一定量の導
電性物質を内側シリンダ194の中に入れて、内側電極190
と接触させる。
次に、現場での分離及び分析を行なうことができるよう
にした本発明の別の実施例を示す第20乃至23図について
説明する。
従来の現場用の装置は、使用中に、母流体についての連
続分析データを得る場合に、しばしば困難に遭遇する。
これらの母流体は、物理的及び化学的流体の測定と測定
装置とを妨害する懸濁固形分、粒状物質及びその他の物
質を含む粗な流体である場合がしばしばある。
このような妨害を回避するのに通常とられている方法
は、「試験することができる」 （“testable"）流体を得るために、適宜の分離技術に
より妨害物質を除去するものである。遠心分離やクロマ
トグラフイのような従来の分離技術は、時間の浪費を伴
なうとともに、連続的になうことができないという欠点
を有する。母流体はまた、流体の測定を妨害し又は母流
体を汚染する清澄剤、沈澱剤、乳化剤、安定剤、消泡剤
などで処理しなければならない場合がしばしばある。
原則的には、理想的な分離システムによれば、連続的な
態様で操作を行ない、かくして試験することができるサ
ンプルを連続的に供給することができる。しかしなが
ら、膜によるろ過は、膜が種々の物質によつて目詰りを
起し易いということがなければ、最も万能的な分離技術
ということもできるであろう。更に、連続操作は、中間
の清浄が必要であるので、実施することができない。か
かる目詰りは、膜貫流を減少させることにより、サンプ
ルの製造を妨害するばかりでなく、パーミエートの品質
を変え易いという一層重要な弊害を招き、かくして、処
理の主な目的を達成することができなくなる。従つて、
通常実施されている分離技術は、許容できかつ使用する
ことができる試験流体を連続的につくるのに使用するこ
とができない。
これに対し、第20乃至23図に開示されている本発明に係
る装置においては、分析用の適宜の流体を得るためにパ
ーミエートを連続的に得ることにより、又は所望の場合
には、不連続な短時間の分離においてパーミエートのサ
ンプルを単に得ることにより、膜を利用した分離を現場
で行なうことができる。分離したコンセントレートの流
れは集められない。事実、母流体に対する唯一の流体損
失は、パーミエートの膜貫流の流体損失である。分離シ
ステムの独特な流体力学により、目詰りや濃度の偏りの
ような膜フイルタと関連する代表的な妨害現象を極力少
なくすることができる。本発明に係る装置はまた、該装
置を母流体に短時間、単に浸漬することにより、例え
ば、汚染現場での水のサンプリングと分析のような、現
場でのサンプリングと分析を行なうことができる。
上記した実施例と同様、この装置は、外側固定シリンダ
と内側回転シリンダとの間の空間にトロイダル状の逆回
転渦が形成される、テイラー渦と呼ばれる流体力学の利
点を発揮することができる。
膜貫流は、圧力差、電界、及び固有の濃度勾配をはじめ
とする、膜の界面を横切る駆動力の１つ又はこれらの組
合わせにより生ずる。
この装置の別の重要な特徴は、柔軟性のある分離を行な
うことができるということである。パーミエートの組成
は、膜の性質及び駆動力の大きさだけでなく、シリンダ
間の間隔の大きさ、内側シリンダの直径及び内側シリン
ダの回転速度によつても制御することができる。これら
のパラメタにより、テイラー渦が定められるだけでな
く、膜の表面のせん断応力も定められる。
多量のパーミエートを取扱う膜分離のほかに、固定外側
シリンダ内で内側シリンダを回転させることにより、内
側及び外側シリンダを母流体に浸漬するという原理は、
内側シリンダを外側シリンダ内で回転させることによ
り、妨害物質を含まない電気信号が得られるので、イオ
ンの検出（例えば、塩化物プローベ、pHプローベ）、酸
素の検出など、別の用途に使用することができる。
第20及び21図について説明すると、本発明に係る装置
は、長手方向に沿つて表面に巻かれている半透膜を有
し、駆動シヤフト210に連結された内側回転シリンダ201
を備えている。駆動シヤフト210には、駆動シヤフトの
上部から伸びるチユーブ202によつて真空源に接続され
た通路210′が設けられている。駆動シヤフト210は、軸
受205によつてハウジング206内に収容されている。回転
手段204がハウジング206内に配置されており、この回転
手段は駆動シヤフト210に連結され回転するようになつ
ている。シヤフト210内は、ガスケツト217によつて真空
状態に保持されている。
適宜の真空ポンプの真空出口と圧力出口の双方が使用さ
れる場合には、ハウジング206に支持された適宜の空気
駆動モータ204によつて内側シリンダ201を回転しなが
ら、同じ真空ポンプが膜の界面を横切つて真空駆動力を
供給することができる。内側シリンダ201はまた、適宜
の可撓性の駆動手段、その他の手段、あるいは直接又は
間接的な電気又は磁気手段によつて回転させることがき
る。
外側固定シリンダ208は、内側回転シリンダ201と同心を
なしかつこれから離隔して配置されている。内側シリン
ダ201を外側シリンダ208に対し偏心させることもでき
る。また、これらの内側及び外側シリンダの少なくとも
一方は、例えば、円錐状に形成することもできる。フイ
ルタ膜214は、内側シリンダ201に取付けられている。膜
を、上記した実施例のように、固定外側シリンダの内面
に取付けることもできる。
外側シリンダ208は、中実構造の壁を有することができ
るが、この壁には、良好な再循環を行ない、かつ、内側
シリンダと外側シリンダとの間の間隙内の流体と母流体
215とを混合させるために、少なくとも１つの孔及び／
又はスロツト213を設けることができる。母流体が、多
くの化学、生化学及び醗酵反応器におけると同様に、加
圧される場合には、加圧された母流体と集められたパー
ミエートとの間の圧力差を利用して、パーミエートの膜
貫流を形成する。
パーミエートの膜貫流は、内側シリンダ201の表面に形
成された互いに連絡する細い溝209内に集められる。パ
ーミエートは少なくとも１つの孔が設けられているシリ
ンダ201を介して適宜のコレクタ室212内に導かれ、そこ
から、パミエートは連続的に又は断続的に引抜かれる。
流体の膜貫流を行なわせるには、圧力差のほかに、別の
駆動力を使用することができる。その１つは、内側シリ
ンダ及び外側シリンダにそれぞれ電極を配置することに
より得られる起電力である。あるいは、駆動力は、パー
ミエートと母流体の溶質との間の濃度勾配を利用するこ
とにより、得てもよい。
本発明に係るこの装置は、母流体の体積が制限されてい
る場合の分離に使用することができる。この装置は、単
に、母流体215の容器に浸漬するだけである。この装置
により、母流体をパーミエートと母流体のコンセントレ
ートとに分離することができる。この操作態様は、流体
を再循環させる別の手段を必要としないという利点を発
揮する。また、母流体215は、元の容器に入れたままに
してもよい。
母流体の容器がある形状、特に、三角フラスコ又は試験
管の形状をなしている場合には、外側シリンダをもたな
いように装置を構成することができる。回転内側シリン
ダと母流体容器の壁との間に充分な空間が得られる限り
は、母流体容器の壁を外側シリンダの壁の代わりに使用
することができる。あるいは、径の異なる互いに交換自
在の外側及び／内側シリンダを構成することもできる。
ある用途の場合、膜のタイプによつては、40のテイラー
数に達することは必要はないことがある。例えば、母流
体が著しく稀薄でかつ粘性がなく、しかも膜がごくわず
かに透過性を有する場合には、テイラー渦を形成するこ
とは必要でない。
更に、内側シリンダと外側シリンダとの間の距離が著し
く小さい場合には、内側シリンダが高速度で回転してい
てもテイラぶ数は40以下であることができる。それで
も、有効な分離を行なうことができる。これは、膜の表
面の高せん断速度によつて一部分説明がつく。これは、
せん断応力が膜の表面をスリツプする母流体の効果と組
合わされると特に著しくなる。なお、この効果自体は、
母流体の性質、膜及びせん断応力の大きさによつて異な
る。
次に、第22及び23図に関して説明するが、第22及び23図
においては、第20及び21図に示されている素子と同じ素
子には、同じ参照番号が付されている。第22及び23図に
おいては、バルク（bulk）及び内側シリンダと外側シリ
ンダとの間の間隙にある母流体の再循環を強めるため
に、再循環プロペラ216が使用されている。プロペラ216
は、回転シリンダ201の底部に取付けられている。プロ
ペラ216が回転すると、シリンダ間の間隙及びバルク内
の母流体の再循環が行なわれる。プロペラ216はまた、
回転内側シリンダの底部用のスタビライザとして作用
し、内側シリンダと外側シリンダとの間における間隙で
の内側シリンダの過度の動揺を防止することもできる。
これは、内側シリンダ201を、静的Ｏリング218によつて
駆動シヤフト210にフレキシブルに取付け、内側シリン
ダ201内のパーミエート212を母流体から単離する場合
に、特に重要である。
第20乃至23図の装置は、充分な封止が施こされている限
りは、母流体の中に、完全に、部分的に、垂直に、水平
に、上方を下にして、あるいは適宜の角度をもつて浸漬
することができる。この装置は、パーミエートの抽出を
直ちに必要とするシステムにおいて、現場での分離を行
なう場合に特に適している。
第20乃至23図に示す方法及び装置は、パーミエート流体
を得る場合だけでなく、必要とされる溶質及び／又は溶
媒を含む流体をチユーブ202、従つて、内側回転シリン
ダの中に放出する（release）ことにより、その溶質及
び／又は溶媒を母流体の中に放出する場合にも使用する
ことができる。
かかる溶質又は溶媒は、内側シリンダの外側に配設され
た膜を介して母流体の中へ放出され、これによりシステ
ムを駆動する力、遠心効果、密度差、又は濃度差につい
ての利点が得られる。この方法は、母流体と接触する膜
を、常に目詰りのない状態に保持することができ、溶質
及び／又は溶媒を間断なくかつ制御した態様で母流体に
放出することがきる。上記したように、膜は、固定外側
シリンダの内側に取付けることもできる。
装置の内側シリンダの外面に取付けられた膜を取除くこ
とにより、母流体を混合するための改良された装置が提
供される。
最も普遍的なタイプの混合装置は、撹拌式タンク反応器
（stirred tank reactor）と云われる。通常、これは、
少なくとも１つのインペラーによつて強く混合される母
流体を含む容器である。かかる装置には、例えば、重合
タンク、醗酵槽及び酵素反応器がある。撹拌式タンク反
応器は、バツチ式であつてもよく、この場合には、供給
物質は連続流としては供給されず、また生成物は反応器
から引抜かれない。あるいは、反応器は、カレントフロ
ー（current−flow）の撹拌式タンク反応器であつても
よく、これは実際には、供給物質を連続流として供給す
ることができ、かつ、生成物を連続流として取出すこと
ができるバツチ式反応器である。
混合は、醗酵、結晶化及び凝固の速度を定める主な因子
の１つであるから、一般には、母流体を充分かつ均一に
混合することが最も重要である。反応器の内容物を充分
に混合する以外に、混合従つてせん断の程度及び乱流の
程度を制御することもまた非常に重要である。例えば、
結晶化に際しては、一層強く混合を行なうと、通常、結
晶核の数は増大するが、サイズは小さくなる。
インペラー（impelier）を使用して流体を混合すると、
反応器の内容物に不均一な混合と不均一なせん断及び乱
流が生ずる。主な理由は、インペラーの「羽根」の中心
からの距離が大きくなると、羽根の線速度が大きくなる
からである。
次に、本発明に係る装置を示す第24図について説明する
が、この装置は、母流体を充分均一に混合することによ
り、この流体を円錐形の内側回転シリンダ224と外側固
定円錐形シリンダ223との間の空間に最初に入れるよう
になつている。母流体は、入口221を介して供給され
る。生成物流体は、出口226から取出される。この装置
においては、流体は、「螺旋コイル」の形態をなして入
口221から出口226へ動く。同時に、螺旋コイル状の流体
は、それ自身の軸線を中に回転する（テイラー渦）の
で、均一な混合、せん断及び乱流が得られる。
この装置もまた、バツチ式反応器として使用することが
でき、全ての母流体は、出口226を閉じることにより、
処理が終了まで反応器内に保持される。
内側シリンダの半径、回転速度、内側シリンダと外先シ
リンダとの間の距離、及び供給流体の反応器内での滞留
時間を含む個々のパラメータを適宜選択することによ
り、混合の程度を制御することができる。例えば、結晶
化に際しての核形成処理においては、臨界的サイズの核
が形成できるように、先づ充分に混合することが必要で
ある。次に、混合の程度を低くして、かなりの大きさの
結晶を得る。残念ながら、撹拌インペラー備えたタンク
反応器における結晶化では、結晶の粒度分布が均一では
なく、結晶の粒度分布は著しく広い範囲に亘つてしま
う。第24図に示す装置が、例えば、結晶化に使用され、
かつ、内側シリンダが円錐形をなしている場合には、流
体は強い混合の領域（即ち、円錐の直径が小さい部分）
に供給され、母流体が出口226へ向けて動かされるにつ
れて、混合は弱められる。回転する円錐形シリンダの直
径が小さくなるため、この処理により、連続操作によつ
て均一で再現性のある結晶が得られる。
この装置はまた、混合物の成分が固定液相と可動液相と
の間で分配される向流クロマトグラフイにおいても有用
である。例えば、それ自身の軸線を中心に回転しかつ同
時に第２の軸を中心に公転するコイル形のカラムを有す
る多層コイル機械は、複雑な遠心効果を生み出す。この
遠心効果により、液相は濃度によつて、強い混合と静止
分離との交互の領域に分離される。第24図の装置におい
ては、回転する内側シリンダ224と回転するテイラー渦
とによつて複雑な遠心場が得られる。従つて、回転軸線
は互いに直交する。これに対し、上記したコイル形カラ
ム機械においては、軸線は平行である。
現存する遠心分離装置と比較して、この装置は、操作が
著しく簡単かつ容易であり、しかもテイラー渦は操作に
おいて自然に現われるので、別のコイル状カラムを必要
としない。
第24図の装置は、内側シリンダと外側シリンダとの間の
空間に存在する流体の除去を同時に行なえるように、内
側シリンダの外面に沿つて又は外側シリンダの内面に沿
つて配設された膜ととともに使用することができる。
添付図面に示す全ての装置は、回転面が使用されるあら
ゆるろ過方法に適用することができるものである。これ
らのろ過には、限外ろ過、微細ろ過、逆浸透、パーベイ
ポレイシヨン、透析、電気透析及びウオータースピツテ
イングがある。装置はまた、複数の回転シリンダ及び複
数の静止シリンダを採用するシステムに対しても適用す
ることができる。
更に、回転自在の内側シリンダは、有効にろ過を行なう
ことができる。ガラス、セラミツク、焼結金属又は有機
物質のような多孔質材料から形成することができる。
以上のように、本発明の上記目的が有効に達成されるこ
とは、上記記載から明らかである。また、本発明の精神
と範囲とから逸脱することなく、上記構成に変更を加え
ることができるの、上記記載は全て単なる例示であつ
て、何ら限定的な意味に解されるべきではない。
請求の範囲は、本発明のあらゆる特徴及び言語上の問題
として脱落しているかもしれない本発明の範囲の全ての
事項を包含するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3849305（ＵＳ，Ａ) 米国特許3830372（ＵＳ，Ａ) 米国特許3821108（ＵＳ，Ａ) 米国特許2678133（ＵＳ，Ａ)

Claims (80)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固定外側体の少なくとも底部を流体に浸漬
    することにより固定外側体と回転内側体との間のギャッ
    プに流体サンプルを供給する工程を備え、 ギャップの底部領域は流体をギャップ内に導くように少
    なくとも一部が開口し、ギャップと対面する内側体と外
    側体の少なくとも一方の外面の少なくとも一部はギャッ
    プ内の流体からパーミエートを通すフィルタを備えてお
    り、更に ギャップの流体の少なくとも実質的な部分に約40よりも
    大きいテイラー数（Ta）を形成する速度で内側体を回転
    させる工程と、 パーミエートをギャップからフィルタを介して流す工程
    と、 ギャップから離れて位置するフィルタの面からパーミエ
    ートを集める工程とを備えることを特徴とする流体サン
    プルのろ過方法。
  2. 【請求項２】パーミエートをフィルタを介して流す工程
    はフィルタを介して形成される圧力差、濃度差および電
    場の差のうちの１つを形成することにより行なわれるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】フィルタは半透過膜からなることを特徴と
    する請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】内側体はプロペラ手段がギャップの下部領
    域において内側体とともに回転するように前記プロペラ
    手段を支持することを特徴とする請求の範囲第１項に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】（Ａ）液体と、 （Ｂ）液体中に存在する可能性がありかつ液体サンプル
    に存在することが所望されない懸濁固形物、粒状物質そ
    の他の物質を含まない液体サンプルを形成する装置本体
    とを備え、該装置本体は、 （１）略円筒状または円錐状外壁と長手方向の回転中心
    軸線とを有する回転体部材と、 （２）回転体部材よりも直径が大きい略円筒状または円
    錐状内壁により画定される略円筒状または円錐状のキャ
    ビティを有するハウジングとを備え、回転体部材はハウ
    ジングに回転自在に連結されかつ少なくとも一部が円筒
    状または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは
    回転体部材の長手方向の軸線と略平行な長手方向の軸線
    を有しており、略円筒状または円錐状の内壁は回転体部
    材の円筒状または円錐状外壁の対応部分と対応しかつ該
    対応部分からわずかに離隔することにより前記内壁と外
    壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャップを画定
    しており、更に （３）回転体部材の円筒状もしくは円錐状外壁またはハ
    ウジングの円筒状もしくは円錐状内壁に取着された、パ
    ーミエートを通過させることができるフィルタと、 （４）液体をギャップに入れることができるようにハウ
    ジングに配設された入口手段と、 （５）回転体部材を回転させる手段とを備え、 （Ｃ）ハウジングは液体が入口手段を介してギャップに
    流れ込んでギャップを少なくとも一部充填することがで
    きるように液体に少なくとも一部が浸漬されることを特
    徴とするろ過装置。
  6. 【請求項６】ギャップ内の液体に40よりも大きい計算さ
    れるティラー数を付与するように回転体部材を回転させ
    る手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第５項
    に記載のろ過装置。
  7. 【請求項７】パーミエートを装置本体から取り出す手段
    を更に備えることを特徴とする請求の範囲第５項に記載
    のろ過装置。
  8. 【請求項８】前記フィルタは膜であることを特徴とする
    請求の範囲第５項に記載のろ過装置。
  9. 【請求項９】回転体部材の長手方向の軸線とハウジング
    の円筒状または円錐状キャビティの長手方向の軸線は共
    通することを特徴とする請求の範囲第５項に記載のろ過
    装置。
  10. 【請求項１０】液体がギャップを出ることができるよう
    にハウジングに配設された出口手段を更に備え、液体が
    流入する入口手段と液体が流出する出口手段は装置本体
    のハウジングに別々に形成された開口からなることを特
    徴とする請求の範囲第５項に記載のろ過装置。
  11. 【請求項１１】回転体部材に連結されたプロペラ手段を
    更に備えることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の
    ろ過装置。
  12. 【請求項１２】圧力差、濃度勾配、電場の差またはこれ
    らの組み合わせによりパーミエートをフィルタを介して
    流す手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第５
    項に記載のろ過装置。
  13. 【請求項１３】装置本体の液体を物理的または化学的に
    試験する試験手段を更に備えることを特徴とする請求の
    範囲第５または６項に記載のろ過装置。
  14. 【請求項１４】液体はパーミエートであることを特徴と
    する請求の範囲第13項に記載のろ過装置。
  15. 【請求項１５】試験手段はイオンの存在を検出するイオ
    ン検出手段であることを特徴とする請求の範囲第13項に
    記載のろ過装置。
  16. 【請求項１６】イオン検出手段は塩化物のイオン検出手
    段であることを特徴とする請求の範囲第15項に記載のろ
    過装置。
  17. 【請求項１７】イオン検出手段は水素イオン検出手段で
    あることを特徴とする請求の範囲第15項に記載のろ過装
    置。
  18. 【請求項１８】試験手段は酸素の存在を検出する酸素検
    出手段であることを特徴とする請求の範囲第13項に記載
    のろ過装置。
  19. 【請求項１９】（Ａ）サンプリングされるべき液体を含
    む容器と、 （Ｂ）液体中に存在する可能性がありかつ液体サンプル
    に存在することが所望されない懸濁固形物、粒状物質そ
    の他の物質を含まない液体サンプルを形成するサンプリ
    ング装置とを備え、該装置は、 （１）略円筒状または円錐状外壁と長手方向の回転中心
    軸線とを有する回転体部材と、 （２）回転体部材よりも直径が大きい略円筒状または円
    錐状内壁により画定される略円筒状または円錐状のキャ
    ビティを有するハウジングとを備え、回転体部材はハウ
    ジングに回転自在に連結されかつ一部が円筒状または円
    錐状キャビティ内に配置され、キャビティは回転体部材
    の長手方向の軸線と略平行な長手方向の軸線を有してお
    り、略円筒状の円筒状または円錐状の内壁は回転体部材
    の円筒状または円錐状外壁の対応部分と対応しかつ該対
    応部分からわずかに離隔することにより前記内壁と外壁
    との間に略円筒状または円錐状の狭いギャップを画定し
    ており、更に （３）回転体部材の円筒状もしくは円錐状外壁またはハ
    ウジングの円筒状もしくは円錐状内壁に取着された、パ
    ーミエートを通過させることができるフィルタと、 （４）液体をギャップに入れることができるようにハウ
    ジングに配設された入口手段と、 （５）回転体部材を回転させる手段とを備え、 （Ｃ）サンプリング装置のハウジングはサンプリングさ
    れるべき液体がハウジングの外側の容器から入口手段を
    介してギャップに流れ込んでギャップを少なくとも一部
    充填することができるように容器に少なくとも一部が浸
    漬されることを特徴とするろ過装置。
  20. 【請求項２０】ギャップ内の液体に40よりも大きい計算
    されるテイラー数を付与するように回転体部材を回転さ
    せる手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第19
    項に記載のろ過装置。
  21. 【請求項２１】パーミエートを装置本体から取り出す手
    段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第19または
    20項に記載のろ過装置。
  22. 【請求項２２】前記フィルタは膜であることを特徴とす
    る請求の範囲第19または20項に記載のろ過装置。
  23. 【請求項２３】液体がギャップを出ることができるよう
    にハウジングに配設された出口手段を更に備え、液体が
    流入する入口手段と液体が流出する出口手段は装置本体
    のハウジングに別々に形成された開口からなることを特
    徴とする請求の範囲第19または20項に記載のろ過装置。
  24. 【請求項２４】圧力差、濃度勾配、電場の差またはこれ
    らの組み合わせによりパーミエートをフィルタを介して
    流す手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第19
    または20項に記載のろ過装置。
  25. 【請求項２５】回転体部材に連結されたプロペラ手段を
    更に備えることを特徴とする請求の範囲第19または20項
    に記載のろ過装置。
  26. 【請求項２６】（Ａ）試験を妨害する可能性のある懸濁
    固形分、粒状物質その他物質を含む、物理的または化学
    的試験を受けるべき液体と、 （Ｂ）試験装置であって、該装置は （１）略円筒状または円錐状外壁と長手方向の回転中心
    軸線とを有する回転体部材と、 （２）回転体部材よりも直径が大きい略円筒状または円
    錐状内壁により画定される略円筒状または円錐状のキャ
    ビティを有するハウジングとを備え、回転体部材はハウ
    ジングに回転自在に連結されかつ少なくとも一部が円筒
    状または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは
    回転体部材の長手方向の軸線と略平行な長手方向の軸線
    を有しており、略円筒状の円筒状または円錐状の内壁は
    回転体部材の円筒状または円錐状外壁の対応部分と対応
    しかつ該対応部分からわずかに離隔することにより前記
    内壁と外壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャッ
    プを画定しており、更に （３）液体をギャップに入れることができるようにハウ
    ジングに配設された入口手段と、 （４）回転体部材を回転させる手段とを備える試験装置
    とを備え、更に （Ｃ）装置の液体を物理的または化学的に試験して、試
    験装置がない場合には試験を妨害する可能性がある懸濁
    固形分、粒状物質その他の物質の影響を実質上受けない
    試験信号を発生する手段を備え、 （Ｄ）試験装置のハウジングは試験されるべき液体を入
    口手段を介してギャップ内に流してギャップを少なくと
    も一部充填することができるように液体内に少なくとも
    一部が浸漬されることを特徴とするろ過装置。
  27. 【請求項２７】ギャップ内の液体に40よりも大きい計算
    されるテイラー数を付与するように回転体部材を回転さ
    せる手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第26
    項に記載のろ過装置。
  28. 【請求項２８】パーミエートをギャップから通すように
    回転体部材の外壁に取着されたフィルタを更に備えるこ
    とを特徴とする請求の範囲第26項に記載のろ過装置。
  29. 【請求項２９】ギャップ内の液体に40よりも大きい計算
    されるテイラー数を付与するように回転体部材を回転さ
    せる手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第28
    項に記載のろ過装置。
  30. 【請求項３０】圧力差、濃度勾配、電場の差またはこれ
    らの組み合わせによりパーミエートをフィルタを介して
    流す手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第28
    項に記載のろ過装置。
  31. 【請求項３１】パーミエートをギャップから通すように
    回転体部材の外壁に取着されたフィルタを更に備えるこ
    とを特徴とする請求の範囲第26項に記載のろ過装置。
  32. 【請求項３２】ギャップ内の液体に40よりも大きい計算
    されるテイラー数を付与するように回転体部材を回転さ
    せる手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第31
    項に記載のろ過装置。
  33. 【請求項３３】圧力差、濃度勾配、電場の差またはこれ
    らの組み合わせによりパーミエートをフィルタを介して
    流す手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第31
    項に記載のろ過装置。
  34. 【請求項３４】パーミエートを装置本体から取り出す手
    段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第28、29、
    31および32項のいずれかに記載のろ過装置。
  35. 【請求項３５】前記フィルタは膜であることを特徴とす
    る請求の範囲第28、29、31および32項のいずれかに記載
    のろ過装置。
  36. 【請求項３６】液体はパーミエートであることを特徴と
    する請求の範囲第28、29、31および32項のいずれかに記
    載のろ過装置。
  37. 【請求項３７】試験手段はイオンの存在を検出するイオ
    ン検出手段であることを特徴とする請求の範囲第26また
    は27項に記載のろ過装置。
  38. 【請求項３８】イオン検出手段は塩化物のイオン検出手
    段であることを特徴とする請求の範囲第37項に記載のろ
    過装置。
  39. 【請求項３９】イオン検出手段は水素イオン検出手段で
    あることを特徴とする請求の範囲第37項に記載のろ過装
    置。
  40. 【請求項４０】試験手段は酸素の存在を検出する酸素検
    出手段であることを特徴とする請求の範囲第26または27
    項に記載のろ過装置。
  41. 【請求項４１】流体サンプルの現場ろ過装置であって、 軸線を中心に回転自在でありかつ回転軸の方向へ延びる
    とともに、前記軸線から離隔して配設された外側壁を有
    する回転体内側体と、 回転内側体の回転軸線の方向に延びかつ内側体の外側壁
    を包囲するとともに該外側壁から離隔して配設されるこ
    とにより、内側体の回転軸と略直交して延びる面内に略
    環状の横断面を有しかつ回転軸の方向を基準として上部
    と下部とを備えた流体サンプルを収容するギャップを回
    転内側体との間に形成する固定外側体と、 流体サンプルからのパーミエートを通すフィルタを画定
    する、ギャップに面する内側体の外側壁の面の少なくと
    も一部と、 パーミエートをフィルタから導くように内側体に配設さ
    れた手段と、 外側体を内側体に対して支持するハウジングとを備え、
    該ハウジングは内側体と外側体との間のギャップの上部
    を閉止し、前記ハウジング手段と内側および外側体とは
    ギャップの下部においてギャップに通じる略周方向へ延
    びる開口を画定するように形成され、更に ギャップに含まれる流体サンプルの少なくとも実質的な
    部分に40よりも大きいテイラー数（Ta）を形成する速度
    で内側体を回転させる手段を備え、 外側体がサンプリングされるべき流体に少なくとも一部
    浸漬されたときに、流体を略周方向へ延びる開口を介し
    てギャップ内へ流してろ過を行なうことを特徴とするろ
    過装置。
  42. 【請求項４２】フィルタは、 半透過性シートの膜と、 膜の面をギャップと対面するように支持する支持部材
    と、 ギャップから離隔した膜の面からパーミエートを集める
    収集手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第41項
    に記載の装置。
  43. 【請求項４３】膜を介して装置からパーミエートを取り
    出すように収集手段に結合された手段を更に備えること
    を特徴とする請求の範囲第42項に記載の装置。
  44. 【請求項４４】シート膜を有する内側体の面と外側体の
    内面は内筒を実質上画定することを特徴とする請求の範
    囲第41項に記載の装置。
  45. 【請求項４５】ギャップの下部領域において内側体に支
    持されたプロペラ手段を更に備えることを特徴とする請
    求の範囲第41項に記載の装置。
  46. 【請求項４６】少量の液体をパーミエート部とコンセン
    トレート部とに分離し、分離の最後まで濾過されないコ
    ンセントレートはリテンテートとし、しかも極めて小さ
    い最小リテンテート容積を有するとともに底部には運動
    用シールがない回転垂直ろ過装置において、 （ａ）頂部と、略円筒状または円錐状該側壁と、長手方
    向に延びる回転中心軸線と、パーミエートを除去するこ
    とができない底壁とを有する回転体部材と、 （ｂ）頂部ハウジング部材（ｉ）と、回転体部材よりも
    大きい直径の略円筒状または円錐状のハウジング内壁
    （ii）と、底部ハウジング部材（iii）とにより画定さ
    れる頂部、側部および底部を有するとともに略円筒状ま
    たは円錐状のキャビティを有するハウジングとを備え、
    回転体部材はハウジングに回転自在に連結されかつ円筒
    状または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは
    回転体部材の長手方向の軸線と略平行をなす垂直の長手
    方向の軸線を有し、略円筒状または円錐状ハウジング内
    壁は回転体部材の円筒状または円錐状外壁と対応すると
    ともに該外壁からわずかに離隔することにより前記内壁
    と前記外壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャッ
    プを画定しており、更に （ｃ）回転体部材の円筒状もしくは円錐状の外壁または
    ハウジングの円筒状または円錐状内壁に取着されたパー
    ミエートと通すことができるフィルタを備え、該フィル
    タは底部ハウジング部材に極めて接近して配置された下
    部を有するろ過領域を有することにより、キャビティの
    最小リテンテート容積を最小にして、該最小リテンテー
    ト体積がろ過領域の下部よりも低くなってリテンテート
    をろ過することができないように構成されており、更に （ｄ）液体がギャップに入ることができるようにした入
    口手段と、 （ｅ）ギャップ内の液体の計算されるテイラー数が約40
    よりも大きくなるように回転体部材を回転させる手段と
    を備えることを特徴とする回転ろ過装置。
  47. 【請求項４７】パーミエートがフィルタを介して流れ易
    くするようにフィルタを介して圧力差を形成する手段を
    更に備えることを特徴とする請求の範囲第46項に記載の
    回転ろ過装置。
  48. 【請求項４８】フィルタは膜であることを特徴とする請
    求の範囲第46項に記載の回転ろ過装置。
  49. 【請求項４９】回転体部材の回転の際に回転体部材の頂
    部を介してパーミエートを取り出す手段を更に備えるこ
    とを特徴とする請求の範囲第46項に記載の回転ろ過装
    置。
  50. 【請求項５０】フィルタハウジングの内壁に取着され、
    回転体にはフィルタがないことを特徴とする請求の範囲
    第46項に記載の回転ろ過装置。
  51. 【請求項５１】少量の液体をパーミエート部とコンセン
    トレート部とに分離し、分離の最後まで濾過されないコ
    ンセントレートはリテンテートとし、しかも極めて小さ
    い最小リテンテート容積を有するとともに底部には運動
    用シールがないバッチ式回転垂直ろ過装置において、 （ａ）頂部と、略円筒状または円錐状該側壁と、長手方
    向に延びる回転中心軸線と、パーミエートを除去するこ
    とができない底壁とを有する回転体部材と、 （ｂ）頂部ハウジング部材（ｉ）と、回転体部材よりも
    大きい直径の略円筒状または円錐状のハウジング内壁
    （ii）と、底部ハウジング部材（iii）とにより画定さ
    れる頂部、側部および底部を有するとともに略円筒状ま
    たは円錐状のキャビティを有するハウジングとを備え、
    回転体部材はハウジングに回転自在に連結されかつ円筒
    状または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは
    回転体部材の長手方向の軸線と略平行をなす垂直の長手
    方向の軸線を有し、略円筒状または円錐状ハウジング内
    壁は回転体部材の円筒状または円錐状外壁と対応すると
    ともに該外壁からわずかに離隔することにより前記内壁
    と前記外壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャッ
    プを画定しており、更に （ｃ）回転体部材の円筒状もしくは円錐状の外壁または
    ハウジングの円筒状または円錐状内壁に取着されたパー
    ミエートと通すことができるフィルタを備え、該フィル
    タは底部ハウジング部材に極めて接近して配置された下
    部を有するろ過領域を有することにより、キャビティの
    最小リテンテート容積を最小にして、該最小リテンテー
    ト体積がろ過領域の下部よりも低くなってリテンテート
    をろ過することができないように構成されており、更に （ｄ）液体がギャップに入ることができるようにした入
    口手段と、 （ｅ）ギャップ内の液体の計算されるテイラー数が約40
    よりも大きくなるように回転体部材を回転させる手段と
    を備え、 パーミエートは回転が停止した後に回収されることを特
    徴とするバッチ式回転ろ過装置。
  52. 【請求項５２】パーミエートがフィルタを介して流れ易
    くなるようにフィルタを介して圧力差を形成する手段を
    更に備えることを特徴とする請求の範囲第51項に記載の
    バッチ式回転ろ過装置。
  53. 【請求項５３】フィルタは膜であることを特徴とする請
    求の範囲第51項に記載のバッチ式回転ろ過装置。
  54. 【請求項５４】回転体部材の回転の際に回転体部材の頂
    部を介してパーミエートを取り出す手段を更に備えるこ
    とを特徴とする請求の範囲第51項に記載のバッチ式回転
    ろ過装置。
  55. 【請求項５５】フィルタハウジングの内壁に取着され、
    回転体にはフィルタがないことを特徴とする請求の範囲
    第51項に記載のバッチ式回転ろ過装置。
  56. 【請求項５６】少量の液体をパーミエート部とコンセン
    トレート部とに分離し、分離の最後まで濾過されないコ
    ンセントレートはリテンテートとする分離方法におい
    て、 （ａ）極めて小さい最小リテンテート容積を有するとと
    もに底部に運動用シールがない垂直回転ろ過装置を提供
    する工程を備え、該回転ろ過装置は、 （ｉ）頂部と、略円筒状または円錐状該側壁と、長手方
    向に延びる回転中心軸線と、パーミエートを除去するこ
    とができない底壁とを有する回転体部材と、 （ii）頂部ハウジング部材（Ａ）と、回転体部材よりも
    大きい直径の略円筒状または円錐状のハウジング内壁
    （Ｂ）と、底部ハウジング部材（Ｃ）とにより画定され
    る頂部、側部および底部を有するとともに略円筒状また
    は円錐状のキャビティを有するハウジングとを備え、回
    転体部材はハウジングに回転自在に連結されかつ円筒状
    または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは回
    転体部材の長手方向の軸線と略平行をなす垂直の長手方
    向の軸線を有し、略円筒状または円錐状ハウジング内壁
    は回転体部材の円筒状または円錐状外壁と対応するとと
    もに該外壁からわずかに離隔することにより前記内壁と
    前記外壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャップ
    を画定しており、更に （iii）回転体部材の円筒状もしくは円錐状の外壁また
    はハウジングの円筒状または円錐状内壁に取着されたパ
    ーミエートと通すことができるギャップを備え、該フィ
    ルタは底部ハウジング部材に極て接近して配置された下
    部を有するろ過領域を有することにより、キャビティの
    最小リテンテート容積を最小にして、該最小リテンテー
    ト体積がろ過領域の下部よりも低くなってリテンテート
    をろ過することができないように構成されており、更に （iv）液体がギャップに入ることができるようにした入
    口手段と、 （ｖ）ギャップ内の液体の計算されるテイラー数が約40
    よりも大きくなるように回転体部材を回転させる手段と
    を備え、更に （ｂ）ろ過されるべき液体をギャップに配置する工程
    と、 （ｃ）回転体部材を回転させて液体をパーミエート部と
    コンセントレート部とに分離する工程とを備えることを
    特徴とする分離方法。
  57. 【請求項５７】装置は回転体部材の回転の際に装置から
    パーミエートを取り出す手段を備え、前記方法は回転体
    部材の回転の際にパーミエートを取り出す工程を更に備
    えることを特徴とする請求の範囲第56項に記載の方法。
  58. 【請求項５８】分離はキャビティに残っているリテンテ
    ートの体積がキャビティの最小リテンテート容積と等し
    くなるまで継続されることを特徴とする請求の範囲第56
    項に記載の方法。
  59. 【請求項５９】装置はパーミエートがフィルタを介して
    流れ易くなるようにフィルタを介して圧力差を形成する
    手段を更に備え、前記方法はパーミエートがフィルタを
    介して流れ易くなるようにフィルタを介して圧力差を形
    成する工程を更に備えることを特徴とする請求の範囲第
    56項に記載の方法。
  60. 【請求項６０】装置は回転体部材の回転の際にパーミエ
    ートを装置から取り出す手段を備え、前記方法は回転体
    部材の回転の際にパーミエートを装置から取り出す工程
    を更に備えることを特徴とする請求の範囲第59項に記載
    の方法。
  61. 【請求項６１】分離はキャビティに残っているリテンテ
    ートの体積がキャビティの最小リテンテート容積と等し
    くなるまで継続されることを特徴とする請求の範囲第59
    項に記載の方法。
  62. 【請求項６２】回転体部材の回転が停止した後にパーミ
    エートを取り出す工程を更に備えることを特徴とする請
    求の範囲第56項に記載の方法。
  63. 【請求項６３】装置はハウジングの内壁に取着されたフ
    ィルタを備え、前記方法はパーミエートを装置から取り
    出す工程を更に備えることを特徴とする請求の範囲第56
    項に記載の方法。
  64. 【請求項６４】装置は回転体部材の外壁に取着されたフ
    ィルタを更に備え、前記方法は回転体部材の内側でパー
    ミエートを集める工程を更に備えることを特徴とする請
    求の範囲第56項に記載の方法。
  65. 【請求項６５】回転フィルタ装置のフィルタを通過する
    パーミエートの組成を制御する方法において、 （ａ）回転フィルタ装置を提供する工程を備え、該回転
    フィルタ装置は、 （１）略円筒状または円錐状外壁と長手方向の回転中心
    軸線とを有する回転体部材と、 （２）回転体部材よりも直径が大きい略円筒状または円
    錐状内壁により画定される略円筒状または円錐状のキャ
    ビティを有するハウジングとを備え、回転体部材はハウ
    ジングに回転自在に連結されかつ少なくとも一部が円筒
    状または円錐状キャビティ内に配置され、キャビティは
    回転体部材の長手方向の軸線と略平行な長手方向の軸線
    を有しており、略円筒状または円錐状の内壁は回転体部
    材の円筒状または円錐状外壁の対応部分と対応しかつ該
    対応部分からわずかに離隔することにより前記内壁と外
    壁との間に略円筒状または円錐状の狭いギャップを画定
    しており、更に （３）回転体部材の円筒状もしくは円錐状外壁またはハ
    ウジングの円筒状もしくは円錐状内壁に取着されたパー
    ミエートを通過させることができるフィルタと、 （４）液体をギャップに入れることができるように配設
    された入口手段と、 （５）回転体部材を回転させる手段とを備え、更に、 （ｂ）装置のギャップに、有機高分子を含むろ過される
    べき液体を少なくとも一部充填する工程と、 （ｃ）回転体部材の回転速度を変えることによりパーミ
    エート中の有機高分子の濃度を制御する工程を備えるこ
    とを特徴とするパーミエートの組成制御方法。
  66. 【請求項６６】回転速度を増加させて有機高分子の排出
    速度を高めることを特徴とする請求の範囲第65項に記載
    の方法。
  67. 【請求項６７】ギャップの液体の計算されるテイラー数
    が約40であることを特徴とする請求の範囲第66項に記載
    の方法。
  68. 【請求項６８】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第67項に記載の方法。
  69. 【請求項６９】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第66項に記載の方法。
  70. 【請求項７０】ギャップの液体の計算されるテイラー数
    が約40であることを特徴とする請求の範囲第65項に記載
    の方法。
  71. 【請求項７１】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第70項に記載の方法。
  72. 【請求項７２】パーミエート中の有機高分子の濃度の制
    御を容易にするように膜を横切る駆動力の大きさを制御
    する工程を更に備え、駆動力は圧力差、電場および濃度
    勾配よりなる群から選ばれることを特徴とする請求の範
    囲第65項に記載の方法。
  73. 【請求項７３】回転速度を増加させて有機高分子の排出
    速度を高めることを特徴とする請求の範囲第72項に記載
    の方法。
  74. 【請求項７４】ギャップの液体の計算されるテイラー数
    が約40であることを特徴とする請求の範囲第73項に記載
    の方法。
  75. 【請求項７５】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第74項に記載の方法。
  76. 【請求項７６】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第73項に記載の方法。
  77. 【請求項７７】ギャップの液体の計算されるテイラー数
    が約40であることを特徴とする請求の範囲第72項に記載
    の方法。
  78. 【請求項７８】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第77項に記載の方法。
  79. 【請求項７９】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第72項に記載の方法。
  80. 【請求項８０】フィルタを通るパーミエートの流量を略
    一定に保持してパーミエートの組成を変えることを特徴
    とする請求の範囲第65項に記載の方法。
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