JPH07194948A - バイパス防止フランジを備えたうず巻き形ろ過モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 うず巻形ろ過装置に用いられ、給液流のバイ
パスをなくすためのシールを備え、従来の装置の欠点を
解消したバイパス防止装置を提供することである。 【構成】 ろ過カートリッジの外径とカートリッジが配
置されているケースの内径との間にある環状空間又はバ
イパスチヤネルを密封するためのシール組立体を組込ん
だ膜ろ過モジュールである。このシール組立体は、給液
流がバイパスチヤネルに入るのを防止し、柔軟なガスケ
ットとそれから垂直に伸びるスリーブを各々が備える１
対のシールを備え、スリーブはカートリッジに直接に取
付けるように構成されている。この取付けは、給液流が
ケースにたえず接触しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にいえば膜ろ過
の分野に関し、さらに詳しくいえば、膜ろ過モジュール
からの給液流のバイパスを防止する装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半透膜が高圧逆浸透および限外ろ過処理
や精密ろ過処理などの低圧膜ろ過処理の両方に用いられ
ている。膜ろ過モジュール内の普通のろ過カートリッジ
にはカートリッジを形成するために、透過管の周りにう
ず巻状に巻いた膜がある。多数の同様のカートリッジを
円筒形ケースの内部で結合でき、普通は、各種の食品、
製薬、電着ペンキ及び工業排液の生成物のろ過のために
直列又は、並列に使用する。

【０００３】食品及び製薬の処理などの用途において
は、ろ過装置を食品材料又は製薬材料を処理したあとで
完全にきれいにすることが不可欠である。処理中に、プ
ラスチックの網のうわ包をうず巻形膜カートリッジの外
径部に当てて、ろ過膜をそれに関連したケースから間隔
をあけて離しておき、ケースの内壁とろ過膜カートリッ
ジの外径部の間の環状空間（バイパス・ゾーン又はバイ
パスチヤネルということがある）に沿って少量の給液流
の「制御されたバイパス」を用いることによって連続清
掃をも達成できる。この環状空間内の流体の流れはカー
トリッジとケースの間の物質を連続的に洗い落してそこ
に物質が蓄積するのを防止し、それによってバイパスゾ
ーンの完全な清掃を行う目的を達成する。制御されたバ
イパス設計の欠点は、大抵の場合に、給液流のかなりの
割合がろ過膜をバイパスして、ポンプエネルギーを浪費
し、作動効率を下げる結果になることである。これは、
ゆるいカートリッジ嵌合いと結果として生じた隙間を通
る選択的給液流を防止する程度にカートリッジの外径と
ケースの内径の寸法を制御するのに実際上の困難がある
ために起るのである。

【０００４】代りとして、処理されている流体がカート
リッジとケースの間の環状空間に集積又は詰まる傾向に
ある場合におけるように、給液流のバイパスを無くすこ
とがときには望ましいことがある。そのような場合の一
つの例は、供給するペンキと水をろ過する必要のあるペ
ンキの電着である。この用途においては、ペンキが装置
内のどこにもよどまないことが重要であり、よどんだペ
ンキが固まってろ過カートリッジを詰まらせる傾向があ
り、ケース内のカートリッジを固めさえし、清掃又は取
換えのためにあとでカートリッジを取外すことを困難に
したり、不可能にさえする。

【０００５】この給液流のバイパスの問題を無くすこと
には、カートリッジの外径部とケースの内径部の間の小
さな空間又は環を密封することがある。この空間を密封
してバイパス問題を防止するのに工業的に現在利用でき
る方法がいくつかある。一つの設計は、シールを作るた
めの安価で比較的簡単化された方法としてカートリッジ
の両端にＯ−リングシール及び関連するＯ−リングホル
ダをつけて用いている。しかし、この技術にはいくつか
の欠点がある。滑らかなシール表面とともに厳しいケー
スの公差を必要とし、これらの両方のためにケースの製
作費が高くなる。また、大きな直径のＯ−リングをカー
トリッジの周りに挿入するために大きな力を必要とす
る。さらに、Ｏ−リングは、カートリッジがケースの中
に取り付けられるとき、損傷をうけるか又は外れる可能
性さえある。

【０００６】Ｏ−リングを挿入するとき遭遇する困難と
ともにＯ−リングの脱落又は損傷はガスケットシールと
してＯ−リングを用いることによって回避できることが
ある。しかし、この方法は、さらに複雑になるので、高
価で、大きな直径のＯ−リングとＯ−リングに外力を外
えるための関連の圧縮板との両方を必要とする。これら
二つの要素によってうず巻形給液チヤネルをふさぎるこ
とになって、圧力降下を大きくし、ろ過性能を下げてし
まう。さらに、圧縮シール設計は、軸方向に厳しい寸法
制御を必要としカートリッジとケースの価格が高くな
る。

【０００７】もう一つの従来のバイパス方法は、ブライ
ンシールと関連のブラインシールホルダを用い、シール
をハウジングの一端又は両端に取付ける。この設計は、
それはケースの公差が大きすぎてＯ−リングシールを有
効に用いられない場合には、望ましいバイパス方法であ
るが、特注設計のシールと成形プラスチックのシールホ
ルダを普通は必要とするので、Ｏ−リング設計よりやゝ
高価である。シールが役に立たなくなる過失による逆取
付けを防止するために特定の取付方法がブラインシール
に必要である。この設計の一つの欠点は、ブラインシー
ルではすべての給液流がシールと壁の間の接点を通って
漏出するのを防げないことである。給液流がブラインシ
ールを過ぎてカートリッジとケースの内径の間のバイパ
スチヤネルの中へ漏れるとき、結果として生ずる衛生
（例えば、ミルク又は食品処理の場合）又はカートリッ
ジ除去（例えは、電着ペンキ処理の場合）の問題がこの
長い環状空間内に比較的よどんだ流れのあるために起り
易い。

【０００８】この業界における第３の従来のバイパス方
法は、関連の保持具なしにブラインシールを用いること
からなっている。この方法においては、エラストマシー
ルがうず巻形膜カートリッジ一端にシールホルダを用い
ずに取付けられて、環状バイパスチヤネルを密封するの
に用いられる。給液圧力がハウジングの壁にシールを押
しつける比較的薄くて柔軟なシールの付加物をじょうご
状に開く作用をし、それによって所望の密封効果を生ず
る。この種類のシールの動作の柔軟性と方法は、これら
のシールがカートリッジの一端にしか取付けできないこ
とを指示している。ブラインシールがバイパス流を制限
するのに有効であるけれども、シールの背後のバイパス
チヤネルは、上述の保持具を備えたシールに関連したの
と同じ衛生及びカートリッジ取外し問題をもたらす濃縮
物でいっぱいになる傾向がある。関連の保持具のないブ
ラインシールには、シールがうず巻きの端にではなく、
うず巻の外径部に取付けられているので、流体を処理す
るのに利用できる膜面積をひどく制限することから、生
ずる生産性の低下を含む若干のその他の欠点がある。な
お、カートリッジが誤って後ろ向きに取付けられた場合
には、結果は、厳しい膜性能の問題とカートリッジのエ
ネルギー効率の低下をもたらす危険なバイパスになるで
あろう。ブラインシールのもう一つの欠点は、水平取付
けが一方の側にあるカートリッジの重量を受けてシール
をつぶし、反対側にあるバイパスチヤネルをシールの膨
脹限界を超えて開くことに自動的になるので、このシー
ルを用いるカートリッジの入っているケースが垂直の向
きに取付けられなければならないことである。これは垂
直に向いた装置の高さがすぐに問題になるので、モジュ
ールを直列に働かせられなくする。ブライアンシール・
カートリッジを用いるために、直列配列の代りに並列に
組立てると、より多くの弁、継手、配管及び労力を必要
とすることになるので、装置の価格が非常に高くなる。
ブラインシールのその他の欠点は、この種類のシールを
用いるカートリッジを逆流において作動できないことで
ある。

【０００９】第４のバイパス防止設計は、重合体埋込
み、すなわち、カートリッジがまずテープで巻かれて、
次にカートリッジとケースの間の環の一部分または全体
に液体材料（普通は、エポキシのような熱硬化樹脂）が
注入又は注がれる方法である。このときに、液体材料
は、硬化してバイパスチヤネルを完全に密封する。バイ
パス防止のこの技術は、非常に有効であるが、それの主
な限界は、カートリッジかケース貼りつけられた状態に
なることである。結果として、ハウジングはカートリッ
ジを取換えるときには常に取換えられなければならな
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
一つの目的は、給液流のバイパスを無くして、衛生問題
もカートリッジ除去問題も起らないように膜ろ過モジュ
ールの端キヤップからカートリッジまで連続して伸びる
バイパス防止装置を備えたうず巻形ろ過カートリッジを
提供することである。

【００１１】本発明のもう一つの目的は、カートリッジ
の外径部に取付けられ、それによってカートリッジの給
液チヤネルに給液流の閉塞又は蓄積が存在し得ないよう
に給液流が決してケースの壁に触れないバイパス防止装
置を備えたうず巻形ろ過カートリッジを提供することで
ある。

【００１２】本発明のもう一つの目的は、取付け中にシ
ールが損傷する傾向を事実上なくすように、ごくわずか
な力でケースの中へ挿入できるバイパス防止装置を備え
たうず巻形ろ過カートリッジを提供することである。

【００１３】本発明のもう一つの目的は、シールの完全
性に関係なく、かつシールホルダの必要なしに順方向流
及び逆方向流の両方で作動できるバイパス防止装置を備
えたうず巻形ろ過カートリッジを提供することである。

【００１４】本発明のもう一つの目的は、カートリッジ
に直接に取付けて（シールホルダの必要なしに）、不適
切な据付けの可能性を無くすように、対称に設計された
バイパス防止装置を備えたうず巻形ろ過カートリッジを
提供することである。

【００１５】本発明のもう一つの目的は、ケースユニッ
トの取換えを追加しないでカートッジを容易に取換えで
きるように埋込みを必要としないバイパス防止装置を備
えたうず巻形ろ過カートリッジを提供することである。

【００１６】本発明のもう一つの目的は、この種のカー
トリッジを用いるケースをシールの完全性に影響を与え
ずに垂直又は水平のどちらにも据付けできるように、可
動付属品のないバイパス防止装置を備えたうず巻形ろ過
カートリッジを提供することである。

【００１７】本発明のもう一つの目的は、ろ過カートッ
ジに直接に取付け、カートリッジと関連のケースの間に
比較的高い精度を有する場合でも有効なバイパス防止を
達成できるように、ケースの内壁に接触することによっ
てシールを行はないバイパス防止装置を備えたうず巻形
ろ過カートッジを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のこれら及びその
他の関係ある目的を達成するために、給液流を中に受け
るケースと、うず巻形ろ過カートリッジと、ケースの内
径部とカートリッジの外径部の間の環状空間を密封する
シール組立体を備えたろ過装置が提供される。シール組
立体は給液流が環状空間の中にバイパスするのを防止
し、ガスケットとそれから垂直に伸びるスリーブを備え
ている。このシールは、給液流がケースの内壁に決して
接触しないようにカートリッジの両端に直接に取付けで
きるよう設計されている。スリーブの内径は、カートリ
ッジの外径よりやや小さく、シールは圧縮によってカー
トリッジ上の適所にしっかり保持できる。シールは、普
通は、柔軟な材料で構成され、シールを取付けられたろ
過カートリッジをほんのわずかな力を用いてケース内に
入れることができる。

【００１９】本願の明細書の一部分を形成し、明細書と
関連して読まれるべき添付図面において、同様の参照数
字は種々の図において同様の部品を指示するために用い
られている。

【００２０】

【実施例】次に図面を最初に図１及び図２について参照
すると、総括的に数字１０によって示されたろ過モジュ
ールが外側ケース１２と外側ケース１２の中に置かれた
ろ過カートリッジ１４とを備えている。ケース１２は、
一端で給液供給管路１５と結合され、他端で透過液排出
管路１６及び濃縮液排出管路１７に結合されている。
ただ一つのろ過モジュール１０だけが描かれているが、
多数のモジュール１０を縦列につないで置くか又は単一
の多要素ケース内に直列に用いることができることが分
る。ケース１２は、普通は、細長い円筒であるが、所望
ならば他の形状のものにすることができる。ケース１２
は、給液流供給管路１５に接続された入口１８を備え、
ケース１２の内部体積内に給液流を導入できる。出口１
９がケースの反対端に設けられ、ケース１２から透過液
及び濃縮液の両方を除去できる。 本発明によれば、ケ
ース１２とろ過カートリッジ１４の間にシールを作るよ
うにバイパスシール２０がケース１２の中に設けられて
いる。図２及び図３に最もよく見ることができるよう
に、各バイパスシール２０には、フランジガスケット２
２と、それから垂直に伸びるスリーブ２４がある。取付
ボルト用の穴２６がフランジ２２に設けられている。で
きれば、バイパスシール２０は、モジュール１０の中で
遭遇する流体と共存でき、液密シールを形成できる柔軟
な材料で構成されるのがよい。一つの実施例において
は、シール２０は、適当なゴム材料で構成されている。

【００２１】カートリッジ１４はまた普通には細長い円
筒であり、カートリッジ１４の中心縦軸に沿って置かれ
た透過管２８を備えている。透過管２８は、栓２９によ
ってケース１２の入口端において閉じられ、反対端にお
いて透過排出管路１６につながる管路３０に接続されて
いる。複数の穴３１が透過管２８に沿って設けられて、
透過液が透過管２８に入ることができるようになってい
る。図２に最もよく見ることのできるように、透過液流
管路３０の外径がケース出口１９の内径より十分に小さ
く、濃縮液がケース出口１９と管路３０の間の環状空間
の中を流れることができるようにしている。

【００２２】図３に見ることができるように、リーフ３
２が透過管２８の周りにうず巻状に巻かれている。リー
フ３２は、給液流を濃縮液流と透過液流に分離するよう
に働く。リーフ３２は２枚の膜層の間に挟まれた透過液
キヤリヤ層と、巻いたリーフ３２の層を分離して給液流
が通過できるようにするスペーサを備えている。透過液
が透過液キヤリヤに沿ってうず巻経路で透過管２８へ流
れて穴３１を通って透過管２８に入る。次に透過液は、
透過管２８から透過液流管路３０に流入して透過液排出
管路１６を通ってろ過モジュール１０から取除かれる。

【００２３】再び図１及び図２に移ると、１層のテープ
３４がカートリッジ１４の周りに端から端まで巻かれ
て、以下に検討されるうわ包み操作の間エポキシが膜の
表面に浸出しないようにする。次にバイパスシール２０
は、滑らせることなどによって、カートリッジ１４の両
端に取付けられる。各シール２０のスリーブ２４の内径
は、テープ３４を周りに巻かれたカートリッジ１４の外
径よりわずかに小さく、それによって、シール２０がス
リーブ２４とカートリッジ１４の間に作用する圧縮力に
よって適切な位置にしっかり保持される。次にカートリ
ッジ１４及び関連のシール２０は、普通は、エポキシと
ガラス繊維の組合せからなるうわ包３６によって封じ込
められる。このガラス繊維／エポキシのうわ包３６は、
供給材料がカートリッジからカートリッジ１４の外径部
とケース１２の内径部の間の環状空間（一般にバイパス
ゾーン又はバイパスチヤネル３８という）に漏れるのを
防止する。うわ包３６はまたバイパスシール２０をカー
トリッジ１４の両端に保持するのを助ける。

【００２４】バイパスシール２０及びその上に取付けら
れたガラス繊維／エポキシのうわ包３６を備えるカート
リッジ１４は、次に、シール２０の一方のフランジガス
ケット２２を変形させるかつぶして、カートリッジ１４
をケース１２の中の適所に軸方向に滑べらすことによっ
てケース１２の中へ押込まれる。カートリッジ１４がケ
ース１２の中に一たん正しく取付けられると、フランジ
２２はそれの元の形に戻される。このやり方で、シール
２０に加わる挿入力がほんのわずかであって、挿入の間
シールを損傷する可能性を事実上なくす。次に端キヤッ
プ４０がケース１２の両端に取付けられて各シール２０
のフランジ２２をケースフランジ４１と端キヤップ４０
の間に挟む。ボルト４２が端キヤップ４０とケースのフ
ランジ４１にある穴（図示なし）及びシール２０にある
関連の穴２６を通して挿入されて、ナット４４によって
固定される。ナット４４を締めると、シール２０のフラ
ンジ部分２２は、端キヤップ４０とケースフランジ４１
の間の液密シールとなるガスケットとして働く。明らか
に、各バイパスシール２０にあるフランジ２２とスリー
ブ２４は流体がカートリッジ１４の両端からバイパスチ
ヤネル３８の中へ通るのを阻止するために協力する。う
わ包３６も同様に流体がカートリッジ１４の外面からバ
イパスチヤネル３８に流入するのを防止する。バイパス
チヤネル３８は、したがってろ過モジュール１０の内部
を流れる流体から効果的に密封される。

【００２５】使用時には、被ろ過温度が給液流としてろ
過モジュール１０の中へ給液流マニホルド５０からケー
ス入口１８を通して導入される。透過栓２９は、未ろ過
の給液が透過管２８に入らないようにする。給液がろ過
カートリッジ１４を通るとき、給液は、濃縮液と透過液
に分けられる。透過液は、透過管２８を囲むうず巻状に
巻いたリーフ３２の透過液キヤリヤ層によって透過管２
８に向けられる。透過液は、透過液流管路３０を通過し
て、透過液排出管路１６を通ってカートリッジ１４から
出て、次に透過液排出マニホルド５２に向けられる。濃
縮液は濃縮液排出管路１７を通ってカートリッジ１４を
出て、次に除去するために濃縮液排出マニホルド５４に
向けられる。

【００２６】

【発明の効果】本発明のバイパスシール２０は端キヤッ
プ４０からカートリッジ１４へ連続して伸びているの
で、給液流と端キヤップ４０における以外のケース１２
の間の相互作用がないので、給液流は、ケース１２に接
触したり、バイパスチヤネル３８の中に漏出しないよう
にされている。なお、シール２０がカートリッジの外径
部に固定されているので、給液流は、上述の詰まり又は
衛生の問題に導く可能性があるシール２０の背後に隠れ
てそこによどむ可能性を防止される。したがって、給液
流のすべてはカートリッジ１４を貫流するように強制さ
れ、より小さいポンピングエネルギーでろ過性能を大き
くし、安定性を大きくする。

【００２７】さらに、密封効果がブラインシール又は従
来設計のブラインシールによって必要とされているよう
などんな可動部品又は圧縮性部品にも関係しないので、
本発明のバイパスシール組立体２０を組込んでいるろ過
モジュール１０を垂直又は水平のいずれにも据付けで
き、なお密封効果の完全性を全く落さずに順方向流及び
逆方向流の両方で作動させることができる。

【００２８】明らかに、シール２０が直接にカートリッ
ジ取付けられてケースの内壁に決して接触しないので、
カートリッジと関連のケースの内壁との間のケースの公
差を小さくする必要がない。

【００２９】前述のことから、本発明は、前述のすべて
の目的とともに自明であり、この構造に固有のその他の
利点を達成するのによく適合したものである。

【００３０】若干の特徴及び副組合せが有益であり、他
の特徴及び副組合せに関係なく利用できることが分かる
であろう。これは特許請求の範囲によって予想されその
範囲内にある。

【００３１】本発明の多くの可能な実施例を本発明の範
囲から外れること作ることができるので、前述したり添
付図面に示されたすべてのことは、例示的であり、制限
的意味でないと解釈されるべきであると理解されるべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のバイパスシールを組込んだ膜ろ過モ
ジュールの例示のためにケースの一部を取除いた斜視図
である。

【図２】 矢印の方向に図１の線２−２に沿って垂直断
面で取った膜ろ過モジュールの例示のためにろ過ケース
とカートリッジの一部分を切り取った部分側立面図であ
る。

【図３】 矢印の方向に図２の線３−３に沿って水平断
面で取った膜ろ過モジュールの例示のために、ケースの
フランジの一部分を切り取った端立面図である。

【図４】 膜ろ過モジュールに組込まれた本発明のバイ
パスシールの拡大部分図である。

【符号の説明】

１０ ろ過モジュール １２ ケース １４ ろ過カートリッジ １５ 給液供給管路 １６ 透過液排出管路 １７ 濃縮液排出管路 ２０ バイパスシール ２２ シールフランジ ２４ シールスリーブ ２８ 透過管 ３０ 透過液流管路 ３２ リーフ ３６ うわ包 ３８ バイパスチヤネル ５０ 給液流マニホルド ５２ 透過液排出マニホルド ５４ 濃縮液排出マニホルド

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給液流のろ過に用いる装置において、 給液流を一端に受ける入口を備えるケースと、 給液を濃縮液と透過液に分離するろ過カートリッジとを
   備え、 前記カートリッジが前記ケースの中にケースに対して間
   隔を離した関係に配置され、前記間隔を離した関係がほ
   ぼ環状の空間を与えており、 前記ケースと前記カートリッジの間に伸びていて前記給
   液流が前記カートリッジと前記ケースの間の前記環状空
   間に入らないようにし、前記ケースに固定されたガスケ
   ットと前記ガスケットから伸びて前記カートリッジに固
   定されたスリ−ブを備えたシールと、 前記ケースに結合され、透過液の回収に適応する第１の
   出口と、 前記ケースに結合され、前記濃縮液をケースから排出す
   る第２の出口とを備えることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記シールが前記給液流のケースに接触
   するのを防いでいる請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記シールが前記ろ過カートリッジの前
   記入口に隣接した端に位置決めされ、第２のシールが前
   記ろ過カートリッジの反対端に位置決めされ、前記第２
   のシールが前記ケースに固定された第２のガスケットと
   前記カートリッジに固定されたスリーブを備えている請
   求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 各シールの前記スリーブが弾力性材料で
   形成されている請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 各シールの前記スリーブが前記カートリ
   ッジの外径よりわずかに小さい内径を有し前記二つのシ
   ールを圧縮によってカートリッジ上の適所に保持できる
   ようにしている請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 カートリッジと関連のシールのスリーブ
   とを封じ込める手段を備えている請求項５に記載の装
   置。
7. 【請求項７】 各シールの前記ガスケットがそれに加え
   られる圧力に応じて一時的に変形可能な弾力性材料で構
   成されている請求項１に記載の装置。
8. 【請求項８】 給液流のろ過に用いる装置において、 給液流を一端に受ける入口を備えるケースと、 給液を濃縮液と透過液に分離するろ過カートリッジとを
   備え、 前記カートリッジが前記カートリッジを前記ケースから
   選択的に外せるように前記ケースの中にケースに対して
   間隔を離した関係に配置され、前記間隔を離した関係が
   ほぼ環状の空間を与えており、 前記給液流が前記カートリッジと前記ケースの間の前記
   環状空間に入るのを防止し、各々がガスケットと前記ガ
   スケットから垂直に伸びているスリーブを備えて前記カ
   ートリッジの両端に位置決めされた１対の柔軟なシール
   を備える防止手段と、 カートリッジと関連のシールのスリーブとを封じ込める
   手段と、 前記ケースに結合され、透過液の回収に適応する手段
   と、 前記ケースに結合され、前記濃縮液をケースから排出す
   る手段とを備えることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 前記スリーブの内径が前記カートリッジ
   の外径よりわずかに小さく、それによってシールが圧縮
   によってカートリッジ上の適所にしっかり保持させるよ
   うに構成されている請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 ろ過カートリッジを備えるろ過モジュ
    ールにおいて用いるシール組立体において、 各々がフランジガスケットとガスケットから垂直に伸び
    るスリーブとを備えている１対のシールを備え、 前記シールが前記ろ過カートリッジの端に受けられるよ
    うに構成されていることを特徴とするシール組立体。
11. 【請求項１１】 前記スリーブの内径が前記ろ過カート
    リッジの外径よりわずかに小さく、それによってシール
    が圧縮によって前記ろ過カートリッジ上に保持されてい
    る請求項１０に記載のシール組立体。