JPH0771603B2 - 回転型濾過装置 - Google Patents

回転型濾過装置

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JPH0771603B2
JPH0771603B2 JP5500625A JP50062593A JPH0771603B2 JP H0771603 B2 JPH0771603 B2 JP H0771603B2 JP 5500625 A JP5500625 A JP 5500625A JP 50062593 A JP50062593 A JP 50062593A JP H0771603 B2 JPH0771603 B2 JP H0771603B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 産業上の利用分野 本発明は濾過の分野に関し、もっと具体的には、フィル
ターを内蔵する回転型ディスク装置を利用する濾過に関
する。
背景技術 濾過装置は、流体の中の１つ以上の成分を他の成分から
分離するために使用される。濾過装置で行う共通の工程
には、古典的濾過、マイクロ濾過、限外濾過、逆浸透、
透析、電気透析、蒸発法、水割り、篩別、親和分離、親
和精製、親和吸着、クロマトグラフィー、ゲル濾過、細
菌学的の濾過などがある。ここで使用する「濾過」とい
う用語は、このような分離の工程や、流体の１つ以上の
成分をその他の成分から分離するフィルターを使用する
あらゆる他の工程を含む。
濾過の工程では、一部の流体成分がその他の流体成分よ
りフィルターをよく透過することを活用する。ここで使
用する［フィルター」という用語は、流体の１つ以上の
成分を通過させ、その成分を流体のその他の成分から分
離させるあらゆる材料でできたあらゆる製品のことを言
う。このようにして、［フィルター］という用語には、
金属製のフィルター、重合体でできた布製のフィルタ
ー、半透過性の膜組織、無機物の漉し用の材料（例え
ば、沸石やセラミック）などがある。フィルターは形状
や形態はどのようなものでもよい。例えば、織布、不織
布、ファイバーあるいはファイバーの束、膜組織、篩別
器、薄膜、棒あるいはそれらの組み合わせなどがある。
フィルターを通過する流体の成分は、透過物からなり、
フィルターを通過しない（フィルターが拒絶し又はフィ
ルターに保持される）成分は、残留分からなる。濾過の
工程から得る価値ある部分は、透過分あるいは残留分の
いずれかであり、ともに価値ある場合がある。
すべての濾過装置に共通する技術的な問題は、フィルタ
ーの目が塞がれ、詰まることである。フィルターの供給
部に隣接する流体層から流体を通過する透過分は、供給
する流体とは異なった組成物を有する側、あるいはその
側に隣接するところに、残留層を残る。この残留物がフ
ィルターを塞ぎ、フィルターの目を詰まらせる（すなわ
ち、フィルターを詰まらせる）ことがある。またよどん
だ境界層として残る。いずれにしても、フィルターの透
過分の側にフィルターを通過しようとする成分の移動を
妨げる。言い換えれば、単位膜面積当たり、フィルター
を通過する塊の移動（すなわち流動）が減少し、フィル
ターの固有の濾過性能が悪い影響を受ける。
一般的に、フィルターの詰まりは化学的特性のことであ
り、供給する物質が、フィルターの内部（目）や外部の
表面に化学吸着することを含む。フィルター面の化学的
な特性を変えて、吸着を阻止し、減少しなければ、頻繁
に費用をかけてフィルターを交換したり、清浄しなけれ
ばならない。
フィルターの詰まりの最もよくある原因は、フィルター
の表面のエネルギーが低いこと（例えば疎水性）にあ
る。本の出願人が所有する米国特許第4,906,379号、第
5,000,848号には、化学的特性の変化により、フィルタ
ー表面の表面自由エネルギー（例えば親水性）を増すこ
とを開示している。しかし一般的には、フィルター表面
の化学的特性を変えてフィルターの詰まりを減少するこ
とには、比較的に関心が向けられなかった。
目詰まりの問題がほとんど化学的な特性に関するのに対
して、フィルターの表面の付近での境界層の形成は物理
的特性に関することであり、境界層から供給流体全体に
向かう逆移動に比べ、供給流体の成分がフィルター表面
に向けて大量に移動する量がアンバランスになっている
ことが目詰まりの原因になっている。フィルターの表面
から望みどおり大量移動をなすためには、何らかの形態
の力（例えば、機械的な力とか電気運動的な力）を使用
しなければならない。境界層を減少させたり、境界層の
形成を阻止するためには、適切な逆混合を促進する戦略
が構築されていなかったことは不運なことである。
もっともよくある戦略は、交差流動濾過（CFF）、ある
いは接線流動濾過（TFF）である。原則として、供給流
体は、境界層を破壊し逆混合を生じるだけの高速でフィ
ルターの表面を横切って（平行に）ポンプで供給しなけ
ればならない。しかし実際には、交差流動には、いくつ
か不利な点がある。
すべてのTFFシステムに共通する弱点は、流体を供給す
る入口から出口にかけて、圧力がかなり低下することで
ある。この圧力の低下は、供給の速度が早いためであ
り、濾過効率を良くするために必要な供給経路が狭いた
めに、フィルターを横切る経膜圧力（TMF）にむらが生
じている。実際のところ、このむらがあまりにも大きい
ために、大部分の場合には、TMPの平均で膜組織の目詰
まりを起こすのに十分なものになっている。TMPのむら
は供給流量の増加とともに増加するため、この目詰まり
の問題を回避しようとして供給速度を早くすると、この
問題は悪化する。濾過効率（TMPと給送速度）を制御す
る２つの主要な運転パラメーターをしっかりと連結する
と、濾過工程を最適化し正確に制御することが不可能で
はないにしても、難しくなる。
さらにそのため、TFFのシステムをスケール・アップす
ることが難しくなっている。多くのシステムでは、膜の
モジュール（それ故に領域）を直列に付加することによ
って、スケール・アップしている。それによって、流体
の流れの通路を増すことが出来るために、そのようなア
プローチの結果、給送通路に沿って圧力が一層低下し、
TMPがより不均一になるのである。その純粋の結果とし
て、規模が大きくなるにつれて、性能が一層予測出来な
いものになる。
最終的には、工程流体の多くの物質は、必要な大きな流
量に関連する高い剪断率に耐えることはできない。例え
ば、多くの生物流体について、最大限許容できる剪断と
速度あるいはそのいずれかは、あまりにも低く、十分な
バックミキシングによるよどんだ境界層の減少をなすこ
とができない。さらに、濾過率に比べて、高速の給送速
度が必要であるために、何度もシステムへの給送の再循
環が必要となり、これは望ましいことではない。このよ
うに、TFFは一層望ましいものではなく、多くの場合活
用することはできない。
よどんだ境界層を除去する別のやり方では、供給流量を
印加する圧力から分離することが必要である。このやり
方では、供給流体より濾過装置の構造要素を動かして、
のバックミキシングや境界層を減少させる。動く物体は
フィルターそれ自体かあるいは、フィルター要素の付近
に位置する物体である。
濾過をよくしようとする動体に接近するやり方では、
（例えば、回転ディスクあるいは振動ディスクあるいは
その双方を使用することなど）、乱流する流体の流れが
しばしば必要になる。乱流の流れはエネルギー効率が悪
く、物質のデリケートな形態に損害を与える（例えば、
生物学的薬剤）。
乱流を起こさず、濾過を促進する珍しい物体は、米国特
許第4,790,942号（本特許の出願者が所有）に例示され
ている。この特許では供給流体を受け入れるために環状
の間隙を画定する内外の円筒状のボディーを有する濾過
装置を開示する。その間隙を画定する物体の内少なくと
もひとつの表面は、フィルターの表面であり、物体の内
のひとつあるいは双方を回転させることができる。これ
らの円筒の間に発生した回転の流れは、遠心力によって
生じた不安定な流体の層状化の一例である。このような
不安定化の開始は、テーラー数として公知の特徴的な数
字によって表すことができる。テーラー数のある数を越
えると、いわゆるテーラー対流からなる対流の流れ生じ
る。このような二次的な流れによって、よどんだ境界層
の厚さを薄くする極めて効率的な乱流でない剪断力が生
じ、透過物の流量が増加する。
古典的な交差流濾過に比べて、米国特許第4,790,942号
の装置は、濾過表面の付近の剪断率や経膜圧を個別に制
御している。さらに２つの運動パラメーターが独立して
おり、透過物流量を良くするために、給送率を良くする
必要がなく、給送率は非均一的な粘膜圧力の分布を回避
するために、調整することができる。したがって、この
タイプの機械的に駆動するシステムにおいては、分離を
効率的に行うことができる。
テーラーの流れは、曲面を有する壁に沿った流れに関連
する不安定性の一例である。凹面状の壁に沿った流れ
は、同じように不安定な状態となり、テーラー・ゲート
ラー対流と特徴づけられる第二次的な流れを発生させる
ことができる。ディーン・フローと呼ばれる横波の２重
ドーナツ型２次フロー（例えば、米国特許第4,311,589
号、特に図２とコラム2,3行から17行目、コラム３、９
行から25行参照）も公知である。米国特許第4,592,848
号では、螺旋形の流れを用いている。回転シリンダーや
静止シリンダーが形成する環状の間隙の中に、テーラー
対流の均一な配置に比べ、静止の外空間の中の回転領域
の中に、複雑な流れが存在している。そのような２重空
間のシステム中で、異なった流れの様式が横に並んで存
在している。そして赤道上では、対流を形成している
が、極においてはそうなっていない。流体の中でディス
クを回転させると、不均一な流れは不安定になり、流れ
の輪郭は典型的には純粋に層状あるいは、乱流となって
いる。ある状況のもとでは、平坦なディスクを静止した
流体の中で回転させると、対数の螺旋の形態をなしてい
る。一般的に、回転ディスクに関連する流れの輪郭は半
径方向上の位置によって大きく左右されており、同心円
領域における流れの輪郭とはよく類似しており、同軸シ
リンダーにおける流れの輪郭とは異なっている。下記に
おいて論じているように、回転ディスクの流れが均一性
を欠いているために、回転ディスクを濾過に応用するこ
とが不適切になっている。なぜなら、均一性を欠くと、
エネルギー、その他の面で効率が悪いからである。
機械的な攪拌を利用する多くの濾過装置が現在存在して
いる。米国特許第4,376,049号において、ロータリー装
置という形態で、円形の設計を利用している。遠心力に
より、透過物が回転フィルター要素を介して、回転子プ
レートの中心から流れるようになっている。フィルター
要素を保持する回転子プレートの羽根は、回転の前進方
向に対して、後ろ方向に曲がっている。曲面のおかげ
で、フィルター要素を所定の位置に保持し、回転子を前
進方向に回転させると、システムのポンプ性能が向上し
ている。フィルター要素は、最終的には目詰まりした
り、材料を充填したりしており、交換しなければならな
い。
米国特許第3,477,575において、１セットのフィルター
要素を、共通の回転シャフトに装着している。二番目の
フィルター要素を、装置の内面に固着する。回転自在な
フィルターや静止フィルター要素を相互に挟み合い、細
長い流れの通路を形成し、その通路に沿って供給流体が
流れる。透過物は２つのセットのフィルターを介して回
収する。
このタイプの濾過装置は、スイスのウイリー・ワコーフ
ェン社が市販している。２つのセットのフィルター要素
が互いに挟み合い、供給流体の入口、出口の配置などの
ために、供給流体の流れは、概してフィルターの主要面
に対して平行である。このように、この装置は機械的要
素（１つのセットのフィルター）の回転を利用し、また
交差流を利用して流体／フィルターにおけるよどみを減
少するのに役立っている。
歴史的にこのような回転型フィルターは、いわゆる固形
濾過（シュベーグラー、スタール「鉱物懸濁液脱水用高
性能ディスク型フィルター」１月/2月号38−41ページを
参照）における懸濁液を脱水するために比較的低い回転
速度で活用している。また会報第4081号に掲載のインガ
ソルーランド「新型アーチザン動力濃縮装置／脱水装置
により、自分の濾過／洗浄操作を高めよう」４ページ
と、会報第4,060号に掲載したインガソルーランド「同
時に洗浄と濾過ができる特許されたフィルター／洗浄能
力」を参照すること。回転型フィルターの表面に隣接す
るよどんだ境界層を減少するもうひとつの戦略は、フィ
ルターの高速回転、例えば、1000rpmの回転速度を利用
することである。化学工学（1989年１月号）に掲載のし
たアクア・テクノジー・リゾース・マネージメントによ
る１ページのリプリントであるパーキンソン「新型分離
装置のデビュー」、３ページの小冊子であるアクア・テ
クノロジー・マネージメント「流体処理予算の浪費を防
ぐ方法」、「技術の背景」、「濃縮の文極化を克服す
る」などを論じた４ページの小冊子（無題）なども参照
すること。しかし供給流体が透過しないよう分離してお
くために、適切な回転型封印手段が必要であるために、
回転フィルター要素の使用が複雑なものになっている。
別のディスク・フィルターの設計においては、据付のフ
ィルターと、密接するフィルターではない回転要素を活
用している。バイオプロセス・エンジニアリング第４
巻、99ページから104ページ掲載のウロンスキー、モル
ガ、ルドニャク「バイオテクノロジーにおける力学的濾
過」では、このような装置を、静止フィルターや対向回
転ディスク・フィルターと比較した実験、交差流装置と
比較した実験、回転円筒濾過装置と比較した実験を報告
している。濾過と分離11月/12月号397ページ−399ペー
ジ掲載のウロンスキー、ムロツ「力学的ディスク・フィ
ルターにおける動力の消費」、濾過と分離11月/12月号4
18−420ページ掲載のウロンスキー、モルガ、ルドニャ
ク「ミクロ濾過における抵抗モデル」、ポーランド、ワ
ルシャワ、ワルシャワ工科大学、化学処理工学研究所編
第１回イベント議事録；バイオプロセス工学1989年６月
26日−30日掲載のルドニャック、ウロンスキー「バイオ
テクノロジーにおける力学的ミクロ濾過」、ベルギー、
アントワープ、王立フランドル・エンジニア協会議事
録、1988年10月第４巻、69−77ページ掲載のモルガ、ウ
ウロンスキー「高純度材料獲得における力学的濾過−洗
浄工程のモデル化」、ワルシャワ工科大学、化学工学研
究所報告書、71−91ページ（1982年）掲載ウロンスキ
ー、ムロツ「力学的濾過の問題」、応用化学研究ナンバ
ー17−10ページ（1983年）記載のウロンスキー「Filtra
czna roztworw polimerow」を参照すること。
米国ニューヨーク、ジョン・ウイリー・アンド・サンズ
のマークス、カールッソン「交差濾過、理論と実践」13
3ページ（1988年）において、特に22−26ページ、さら
には93−100ページの第3.5セクションで、静止フィルタ
ーの流動は静止フィルターの付近でいろいろな要素を回
転させることによって、高めることが出来ることを開示
している。実験の対象になったことが報告されている要
素には、クロス、ダブルクロス、プロペラ、スポークホ
イール、平坦な（普通の）ディスクあるいは放射状のブ
レードを備えたディスク（ディスクの平面から延長する
羽根）などがある。マークスとカールッソンによれば、
平坦なディスクは最も効率が良くない。その他の要素を
使用した結果、流動率が増すと、パワーの消費が増加す
ることになる。その点は放射状、同心円、および螺旋状
のブレードを含め、表面にでこぼこ（例えばブレード）
のある回転ディスクの流体摩擦に関してJSME会報第５
巻、ナンバー17（1962年）49−57ページのワタベ「ブレ
ードを備えた回転ディスクにおける流体摩擦に関する実
験」による所見と一致している。
国際化学工学第27巻304−310ページ、シラト、ムラセ、
ヤマザキ、イワタ、イナヨシ「溝付きディスクによる力
学的濾過の間におけるフィルター室における流れのパタ
ーン」では、とりわけ、回転ディスク・フィルターに、
放射状の溝の存在とその大きさが流れのパターンに与え
る影響を決定する研究について記載している実験装置に
は、静止のディスク・フィルターが備えられ、その上に
密接する回転プレートがついている（305ページの図１
を参照のこと）。しかし実際の濾過を行わずに研究が行
われた。溝は溝がついていない（例えば、平坦な）回転
ディスクに比べ、濾過室の中の流体に対してかなり大き
な半径方向の速度、接線に沿った速度の与えており、濾
過固形物をフィルターから押し流すのに役立っている。
８つの放射状の溝を備えたディスクは、溝がついていな
い回転プレートの２倍の接線に沿った速度を備えてい
る。しかしJSME会報第５巻、ナンバー17（1962年）49−
57ページのワタベ「ブレードを備えた回転ディスクにお
ける流体摩擦に関する実験」では、８つより多い放射状
のブレードを付けても、ほとんど有効な効果はなく、実
質的には、８つより多く利点を逆転しており、回転ディ
スクが平坦なプレートであるかのように動いている。
このように技術的な問題は、機械的に動かすディスク・
フィルターであって、とりわけエネルギーのの必要量を
削減し流動率を高め、濾過過程の流体、残留物、透過物
に対する悪い影響（例えば、剪断など）をできるだけ押
え、比較的構造が簡単であり、比較的簡単にスケール・
アップでき、工程プラントで、空間を最も効率的に用い
ることができるディスク・フィルターを提供することで
ある。
発明の開示 この技術的問題を解決した新型の回転型濾過装置が開発
されている。本発明によるフィルターには、当業者にと
って明らかな利益と利点がまだ他にも存在する。大まか
に言えば、流体を濾過して透過と残留物とする本発明に
よる回転型濾過装置は、 （ａ）濾過する流体を保持する流体濾過用間隙であっ
て、２つの対向して配置され実質的に平行で近接した表
面により画定され、間隔を形成する１つの表面が透過物
が通過する第１のフィルターの第１の表面であり、間隙
を形成するもうひとつの表面がディスクの表面である流
体濾過用間隙と、 （ｂ）流体を流体濾過用間隙に導く手段と、 （ｃ）ディスクあるいはフィルターを回転させて、透過
物をつくりだす手段とからなり、ディスクの表面あるい
はフィルターの表面が、流体が間隙にある場合、流体と
流体結合する少なくともひとつの螺旋溝を有し、螺旋溝
がディスク表面あるいは、フィルター表面において、少
なくとも10度の角度をなす極座標において角度Ｙをなす
ことを特徴とする。
別の側面において、本発明は、 （ａ）濾過する流体を保持する流体濾過用間隙であっ
て、２つの対向して配置され実質的に平行で近接した表
面により画定され、間隔を形成する１つの表面が透過物
が通過する第１のフィルターの第１の表面であり、間隙
を形成するもうひとつの表面がディスクの表面である流
体濾過用間隙と、 （ｂ）流体を流体濾過用間隙に導く手段と、 （ｃ）ディスクあるいはフィルターを回転させて、透過
物をつくりだす手段とからなり、ディスクの表面が、流
体が間隙にある場合、流体と流体結合する少なくともひ
とつの螺旋溝を有し、螺旋溝が透過物が通過する第１フ
ィルターの第１面に対向して設置されたディスク表面領
域において、45度以上の角度をなす極座標において角度
Ｙをなすことを特徴とする流体を濾過し透過物や残留物
をつくる回転型濾過装置に関する。
さらに別の側面において、 （ａ）濾過する流体を保持する流体濾過用間隙であっ
て、２つの対向して配置し実質的に平行で近接した表面
により画定され、間隔を形成する１つの表面が透過物が
通過する第１のフィルターの第１の表面であり、間隙を
形成するもうひとつの表面がディスクの表面である流体
濾過用間隙と、 （ｂ）流体を流体濾過用間隙に導く手段と、 （ｃ）ディスクあるいはフィルターを回転させて、透過
物をつくりだす手段とからなり、ディスクの表面が、流
体が間隙にある場合、流体と流体結合するひとつの螺旋
溝を有し、螺旋溝が透過物が通過するフィルターの表面
に対向して配設されたディスク表面領域において、45度
の角度を越える極座標において角度Ｙをなし、２つの対
向して配設する表面が50mmを越えない間隔を起き、お互
いに10度を越えない角度をなし、溝の平均幅の平均の深
さに対する割合が4/1から1/4の範囲にある流体を濾過し
透過物や残留物をつくる回転型濾過装置に関する。
さらに別の側面において、本発明は 回転型濾過装置を使用して透過物と残留物とをつくる、
流体濾過用間隙の中の流体を濾過する方法であって （ａ） （ｉ）濾過する流体を保持する流体濾過用間隙
であって、２つの対向して配置し実質的に平行で近接し
た表面により画定され、間隔を形成する１つの表面が透
過物が通過する第１のフィルターの第１の表面であり、
間隙を形成するもうひとつの表面がディスクの表面であ
る流体濾過用間隙、 （ii）流体の流体濾過用間隙に導く手段、 （iii）ディスクあるいはフィルターを回転させる手段
とからなる回転型ディスク濾過装置を備えること、 （ｂ） 流体を濾過用間隙に導入すること、 （ｃ） ディスクあるいはフィルターを回転させ、透過
物と残留物をつくりだすことからなり、 備えた濾過装置のディスクの表面あるいはフィルターの
表面が、流体が間隙にある場合、流体と流体結合する少
なくともひとつの螺旋溝を有し、螺旋溝がディスクの表
面あるいはフィルターの表面において、少なくとも10度
の角度である極座標において角度Ｙをなすことを特徴と
する方法に関する。
一般的に、螺旋溝の通路は（螺旋が開始する点Riから螺
旋の終わる点Roまでの極座標において）少なくとも10
度、通常は45度以上が通常であり、少なくとも90度が望
ましく、より望ましくは少なくとも150度がより望まし
く、好適には少なくとも180度が好適であり、210度が最
適であるＹ度の角度をなしている。
濾過装置には、通常１から100mm、しばしば１から50m
m、望ましいのは１から25mm、好適には１から15mm、最
適には１から10mmの間隔を置く２つの対向表面を有して
いる。本発明の利点を得ることができるようにその他の
パラメーターを調整することができれば、１から100mm
の範囲以外の間隔も用いることができる。回転部材の回
転軸からの半径方向の距離によって、その間隔は異なる
場合がある。例えば、２つの表面は円錐形をなし、その
頂点はそれぞれが向き合いあるいは離れていく方向を向
き、あるいはひとつの表面が他方の表面に入り子状に重
なっている。
螺旋溝の内少なくともひとつの内表面の横方向の断面
は、一般的に曲がっており、例えば部分的に楕円形ある
いは部分的に円形である。その文脈の中で、「横方向」
というのは、断面を取る点において溝の長さや溝の通路
の長さに対して垂直出あるという意味である。
ディスクは静止したままにしておくことができ、フィル
ターは回転させることができ、あるいはディスクとフィ
ルターの両方を回転させることができる。螺旋溝は、デ
ィスクのみに配設することができ、あるいはフィルター
だけに配設することができる。あるいは、ディスクとフ
ィルターの両方に螺旋溝を配設することができる。ディ
スクの表面はフィルターの表面ともなることができる。
複数のディスクと複数のフィルター装置あるいはそのい
ずれかは、ひとつの装置の中で使用することができる。
個々のディスクは、２つの対向する主要面を有してい
る。その対向面は平行であり、個々のフィルター装置
は、２つの対向して配置するフィルターの主要面を含む
ことができ、フィルターの主要面は実質的に平行であ
る。ディスクとフィルター表面は、それぞれが挟み合っ
ている。すなわちディスクとフィルターが交互に配設す
る形態を取って、複数の流体濾過用感激を画定してい
る。個々の間隙は、ディスクやただちに隣接あるいは近
接する表面によって画定されている。装置の中の個々の
ディスクあるいはフィルターは、１つ以上の螺旋溝を有
しており、個々の間隙に面するひとつの表面には螺旋溝
がついている。フィルター表面に面する個々の表面は、
１つ以上の螺旋溝がついていることが望ましい。回転手
段は、一部あるいはすべての表面あるいは、装置の中の
一部あるいはすべてのディスクやフィルターを一体にし
て回転させることができる。
本発明の重要な特徴は、放射状の溝、同心円状の溝ある
いはその外の非螺旋溝とは異なり、流体濾過用間隙を画
定するディスク表面あるいはフィルター表面に螺旋溝を
使用していると言うことである。「螺旋」という言葉
は、多くの意味で使用することができるが、ひとつの単
純な意味は、継続して中心から後退しあるいは中心に近
付きながら、螺旋は平面の中心を中心として動く点の経
路であると言うことである。「溝」とは一般的にほぞ長
いへこみあるいは、ディスクあるいはフィルターの下に
置いたディスクあるいはフィルター望ましい。表面から
延長する中空あるいは空所のことである。ディスクある
いはフィルターの表面において、溝の長さは表面に対し
て平行をなしている。「螺旋溝」は必ずしも本当の螺旋
形を形成する必要はない。これから論じるように、螺旋
溝つきのディスクを有する回転型のディスク・フィルタ
ー装置は、非螺旋形の溝あるいはブレードを有する装置
と比べると流動率やその他の特性（エネルギー効率）に
すぐれていることがわかったことは予想外のことであっ
た。螺旋溝がフィルターの表面のみにつきディスクの表
面にはないという装置は、予想外の利点があるというこ
とがわかっているが、組み立てが一層困難でありそれ故
に好適ではない。本発明のその他の特徴や利点は当業者
にとっては明らかである。
図面の簡単な説明 回転型ディスク・フィルター装置を一層容易に記述する
ために、次の図面を示す。
図１では半径Ro、起点Ｏ、半径Riの中心の仮想円、（極
座標において）（Ri、０度）から（Ro、Ｙ度）まで延長
する通路の長さＳである本発明に使用される螺旋溝を有
し、螺旋のなす角度Ｙ度を有するディスクの平面図であ
る。
図２は通路の長さがＳである螺旋を有し、螺旋の湾曲を
示す角度Ｔの意味を示すディスクの部分的平面図であ
る。
図３から10は表面に異なった形の螺旋溝を有するディス
クの平面図である。
図11は螺旋溝が溝の幅の関数として円形ディスクの円周
部のどの部分を占拠し、溝の長さがどの点で円周部に交
差しているかを示すプロットである。
図12は本発明による実験室計測装置の立面図である。
図13は主要面が流体濾過用間隙に面し、流体濾過用間隙
を画定するのに役立っており、ディスクの表面が螺旋溝
を８つ有している図12の装置に使用する本発明の好適な
ディスクの主要面を示す平面図である。
図14は回転ディスクの部分と本発明による図12、13の対
向するフィルターの拡大断面図である。
図15、16、17と18は、本発明において使用することがで
きる螺旋溝の横方向の断面図である。
図19は２つの回転型円筒濾過装置と本発明による回転型
ディスク濾過装置について、単位フィルター領域のパワ
ー対フィルター透過物の流動率のプロットを示す。
図20はフィルターから４つの異なったタイプの対向する
ディスク表面を有し、「螺旋溝」のカーブが本発明によ
る装置のためであることを特徴とする回転型ディスク濾
過装置において、単位フィルター領域のパワー対フィル
ター透過物の流動率のプロットを示す。図21は３つの異
なった濾過間隙の幅について、本発明による回転型ディ
スク濾過装置におけるフィルター透過物流動率対ディス
クの回転率を示すプロットである。
図22は本発明による回転型円筒濾過装置と回転ディスク
濾過装置について、時間の関数としてのフィルターの透
過物流動率のプロットである。
図23は２つの異なった回転率について、本発明による回
転型ディスク濾過装置におけるフィルターの透過物の流
動率対放射状の位置のプロットである。
図24は複数のディスクを使用し、個々のディスクには、
２つの主要な対向する実質的に平行な面に複数の溝がつ
いている本発明による好適な回転型濾過装置の斜視図で
ある。
図25は一体として回転するように固着したいくつかのデ
ィスクを示す図24の装置の回転自在なシャフトの部分的
斜視図である。
図26は５つのフィルター装置からなり、個々のフィルタ
ー装置は２つの主要面のそれぞれにフィルター表面を有
し、カセットを図24の装置の中に配置するように設計
し、回転型のディスクと静止したフィルター装置を挟み
合って複数の濾過間隙を形成するフィルター装置のカセ
ットの斜視図である。
図27は支持フレームワークにはめた図24の装置の斜視図
である。
図28は図24に示すタイプの装置に使用するフィルターの
平面図である。
これらの図面は例示するという目的のみのために示して
おり、本発明の範囲を不当に制限するものと解釈すべき
ではない。
発明を実施する態様 本発明の回転型濾過装置の設計は重要ではなく、装置が
（ｉ）対向して向き合う表面（そのうち少なくともひと
つは回転する）であって一体となって濾過用間隙を形成
し、その間隙の主要面が間隙を形成する向き合った２つ
の表面に実質的に平行であるという少なくとも２つの部
材、（ii）２つの表面の内少なくともひとつがフィルタ
ー表面であり、もうひとつの表面が、フィルター表面に
密接し実質的に平行であり、濾過用間隙を画定する２つ
の表面の内少なくともひとつは、ひとつの螺旋溝を有す
る回転を実施する手段とを有しているかぎり、いかなる
設計も活用することができる。したがって、少なくとも
部分的にフィルター表面であろうとも、回転ディスクを
有することは、本発明の範囲を逸脱するものではない。
また２つの対向して配置し、密接する濾過表面が、流体
濾過用の間隙を画定し、それらの表面の一方あるいはそ
の両方の表面に螺旋溝を有し、２つの表面の内いずれか
の表面を回転させることは、本発明の範囲にあることで
ある。したがって、「ディスク」という用語を使用して
も、濾過用間隙に面し、濾過用間隙を形成するために役
立っているディスクの表面が、フィルターの表面にもな
ることができるということを妨げるものではない。同じ
ように、透過物が通過し、表面が流体濾過用間隙に面す
る第２面であり、流体濾過用隙間を形成するために役立
っている機械的要素を「フィルター」という用語を使用
して表現しても、フィルターの表面に１つ以上の螺旋溝
がつき、あるいは回転することを除外するものではな
い。
流体濾過用間隙に向かい合い、流体濾過用間隙を画定す
る上で役立つフィルターの表面に１つ以上の螺旋溝がつ
く場合には、フィルターは必すうとなる螺旋溝の形状を
保持するだけの剛性を持たなければならない。その場
合、金属（例えば焼結金属）、セラミック、あるいはガ
ラスなどのフィルターの材料は、適切である。しかしフ
ィルターそれ自体は、螺旋溝やその他の溝を有さず、流
濾過用間隙を形成する役を果しているディスクの表面
は、１つ以上の螺旋溝を有し、回転部材の表面がフィル
ターのフィルターの表面になっていないことが好適であ
る。
フィルターは本発明において必要とされる機能を果す限
りにおいて、以下なる材料で出来ていても良い。そうで
なければ、それぞれの運転状態において、化学的、物理
的に適切なものがよい。したがって、フィルターは重合
体、金属、セラミックでのいずれでできていてもよく、
またどのような形態、形状であってもよい。このよう
に、フィルターは、粒子、薄膜、ファイバー、あるいは
その３者の混合から形成することができる。フィルター
は織物であってもよく織物でなくてもよい。一般的に、
不織金属フィルターは、重合体のフィルターに比較して
ある種の利点を有している。殺菌措置を容易に施す事が
出来るということ、一般的に化学的耐性や耐熱性を有し
ていること、洗浄が容易であること、また構造的一貫性
に優れ、剛性に優れていることなどがある。フィルター
を２つ以上使用すると、材料が同じにもできるし異なっ
たものにもでき、濾過漉し特性など同じにもでき、異な
ったものにもできる。
使用するフィルターは表面が不均一なフィルターであ
る。表面が不均一なフィルターとは、２つの主要面の孔
のサイズの分布が異なり、一方の表面の平均あるいは中
間の孔のサイズがもう一方の孔のサイズの分布よりかな
り小さくなっている。本発明において、表面の不均一な
フィルターは、本発明の装置の中では指向性をもって取
り付け、孔サイズの平均が小さい面を流体濾過用間隙に
向け、孔サイズの平均が大きな面を流体濾過用間隙から
離して配置する。このタイプの好適な金属フィルター
は、米国フロリダ州、ディーランドのフルーイッド・ダ
イナミック社（Fluid Dynamics）が販売するディンア
ロイ（DYNAALLOY）ファイバー金属フィルターである。
電界をひとつ以上装置の中で使用したり、フィルターが
電荷を帯びる場合、金属フィルターの使用は有利なもの
になる。
電界をひとつ以上軸方向、半径方向、非軸非半径方向に
印加することができる。電界は分離を促進する役目を果
し、公知技術を用いて印加できる。この文脈の中で、
「軸方向」とは、回転部材（ディスクあるいはフィルタ
ー）の回転に沿うあるいはその回転に対して平行である
という意味であり、「半径方向」とは、ディスクあるい
はフィルターの面の半径に沿うあるいは、その半径に対
して平行であるという意味である。電界は、直流電圧あ
るいは交流電圧、例えば、高周波の交流電圧を印加した
結果生じるものである。１つ以上の電界を異なった方向
に印加することができ、その電界を併せて、単一に印加
した電界とすることができる。１つ以上の電界は、時間
の関数として変化させることができる。すなわち、ひと
つの軸方向の電界とひとつの半径方向の電界は、同調さ
せ同調を外して挟みこむことができる。このように特許
請求の範囲および明細書で使用する「電界」という用語
は前述したすべてのことを含むと理解すべきである。
フィルターの主要な機能は、透過物を通過させ、残留物
を通過させないことにある。その点を効果的に行うた
め、透過物はフィルターを適切に湿らせなければらなら
い。湿りのひつとの標識は、フィルター表面に置いた場
合、一滴の透過物が形成する接触角度である（米国特許
第4,906,379号および米国特許第5,000,848号を参照のこ
と）。一般的に、接触角度が小さければ、湿りの度合は
大きくなる。また逆に、接触角度が大きければ、湿りの
度合は小さくなる。
流体に高い自由エネルギーがあれば（表面張力が大き
い）表面の自由エネルギーが十分に高ければ、自由エネ
ルギーが低い場合よりも、一層容易にその流体で湿らせ
ることができる。同じように、（例えば、石油など）エ
ネルギーの低い流体は、エネルギーの高い表面よりも、
エネルギーの低い表面をより容易に湿らせることができ
る。要するに、流体と表面のエネルギーのレベルが接近
すればするほど、流体はその表面を一層容易に湿らせる
こと 透過物がその透過物をつくりだすために使用したフィル
ターをすぐに湿らせることが好適であるため、そして、
接触角度は比較的容易につくりだすことができるため
に、しかも湿りの標識になっているため、本発明の装置
を利用して、一滴の透過物でも回収すれば、その装置の
上に、45％未満の接触角度、望ましくは40度未満の接触
角度、より望ましくは35度未満の接触角度、最も望まし
くは30度未満の接触角度、好適には25度未満の接触角
度、より好適には20度未満の接触角度、最も好適には、
15度以下の接触角度を通常有している。接触角度は、通
常米国特許第4,906,379号（コラム10、42行以下を参照
のこと）米国特許第5,000,848号（コラム12、46行以下
を参照のこと）さらには、ホワイトサイド、ラングミー
ル、第１巻、725−740ページ（1985年）に記載の方法を
用いて測定している。
水は主として水素結合のために、エネルギーのレベルが
高い流体であり、しばしば濾過工程の中で透過物となる
ため、表面のエネルギーが増加して親水性を増すフィル
ターを使用することができる。このように、表面のエネ
ルギーの高いフィルター（例えば再生セルロースや米国
特許第4,906,379号のフィルター）好適なフィルターと
なっている。このようなフィルターは水などのようなイ
オン化した物質により湿らせることが出来る。しかし例
えば、置換基を選択的に有するアルカン、アルケーン、
アルキル、例えば原油や石油製品（鉱物石油、ガソリ
ン、燃料油、精製油、灯油）や食用油（柑橘油、トリグ
リセリドなど）などの単一、複数、融合、非融合、飽
和、非飽和の環式化合物は、非イオン化物質による湿り
には抵抗を示す。このような高エネルギーフィルター面
は蛋白質や他の有機物質のごとき低エネルギー特性を有
する材料によってよれて減少傾向になる。
おおまかに言えば、一滴の水がこのようなエネルギーの
高い表面に落下すると、約30度以下の接触角度を形成す
る（米国特許第4,906,379号）。水を（透過物）は通過
させるが、石油は通過させないフィルターを使用する本
発明の装置は、水と石油の分離、例えば流出した石油を
浄化するために、特に使用されている。さらに比較的疎
水性であり（表面のエネルギーが低く）油を通過させ、
水を透過させないフィルターを使用することができる。
本発明の装置の特に有利なその他の組み合わせや内在的
な特性（例えば、ある種の材料に対する高い拒絶率を見
せながら、流体の中では同種の成分を迅速かつ容易に透
過させるという特性）を有するフィルターは、当業者に
は明らかである。フィルターを本発明の装置と組み合わ
せて使用すると、その組み合わせがないままでは達成出
来ないことを達成することができる利点がある。
フィルターには、あらゆるサイズや形状の孔がついてい
るが、それにはそれらの孔が供給流体や透過物に適合し
ているという条件がある。フィルターは、孔のサイズ、
形状が狭い範囲で、あるいは広い範囲で分布しており、
不均一であり、あるいは不均一な表面フィルターとして
使用する。フィルターは、分子量分離点が比較的鋭い。
フィルター・マトリックス、とりわけ重合体のフィルタ
ー・マトリックスは、配位子を装着し、選択的収着に適
用される。（例えば、イオン交換／収着、親和性収着や
キレート化）適切な配位子とは、マトリックス、前駆
体、あるいはマトリックスの誘導体などのことである。
好適な配位子は、（ａ）無機物イオンを選択的に結合す
るイオン選択グループ（例えば，キレート化剤，ケージ
・タイプなど）親和力のある基、（ｂ）生物学的に活発
な物質を選択的に結合する生物選択的な親和力のある基
を含む。親和力のある配位子の目録は、大規模であり、
急速に拡大しつつある。しばしばそのような配位子は、
自然に由来する（例えば、生物由来の物質）がその他の
ものは、全面的あるいは、部分的に合成したものである
（例えば、生物を模擬した物質）。好適な配位子、配位
子を粘膜フィルターに装着する好適な方法、好適な粘膜
フィルターは、米国特許第4,906,379号に示唆されてい
る。その他の有用な配位子をフィルターに装着する方法
は、親和性収着、酵素固定キレート化などの技術に通じ
るの当事者には公知である。特許請求の範囲や明細書で
使用する「選択的収着の配位子」という用語では、前述
した配位子のすべてを含む。
この回転型ディスクで使用する好適なフィルターは、米
国特許第4,906,379号の中に教示されている。この好適
なフィルターは、本特許の出願人であるMembrex,IncがU
LTRAFILLICという商標で売り出している。
濾過の対象となる流体はほとんどすべて本発明の濾過装
置を使用して濾過することができる。しかし固体の含有
量が高い供給物、混合相の流体、生物の流体などにおい
て特に使用されている。
固体の含有量の高い流体とは、例えば生物流体、親和性
粒子を含む流体、（例えば、選択的収着親和性粒子）、
イオン交換樹脂の粒子、触媒粒子、吸収性の粒子、不活
性担体の粒子などがある。不活性担体はそれ自体が触
媒、樹脂、反応物を処理剤（活性炭）を保持している場
合がある。混合相の流体としては、液体／固体、液体／
液体、液体／気体の構造がある。流体は、２つ以上の相
を有する子とができる。液体相はすべて、すべて水を含
む場合もあれば含まない場合もある。あるいは、１つ以
上の水を含む相と１つ以上の水を含まない相が一緒にな
る場合がある。相は混合できない場合がある。例えばひ
とつの相が別の溶質を有しているために、混合出来ない
水を含む２つの相などがある。流体は、気体相、液体
相、そして固体相のいずれかである。反応や熱伝導に
は、本発明による濾過の工程を促進し、本発明の装置の
内外で行われる。
生物流体とは、生きている生物、あるいは生きていない
生物の流体（例えばウイルスなど）を含み、生物体に由
来しあるいは生物体に由来する材料あるいはその成分を
含む流体である。このように、生物流体は、血液、血
清、プラズマ、脊椎の流体、酪農製品の流体（例えば、
ミルクやミルク製品など）、ホルモンを含む流体、血
球、あるいは遺伝子工学でつくられた材料、（発酵汁、
反応物、中間体、ビール製造あるいはワイン製造による
生成物の流れを含む）発酵の工程でつくられた流体、微
生物あるいはウイルスの材料を含む、あるいはその材料
からなる流体、ワクチン、植物のエキス、野菜ジュース
やフルーツ・ジュース（例えば、アップル・ジュースや
オレンジ・ジュースなど）、微生物を含む流体（例え
ば、バクテリア、イースト菌、真菌、ウイルスなど）を
含む流体などがある。装置は特に感圧性で力を剪断力を
感知する成分、例えば、細胞（血球、哺乳類のハイブリ
ドーマなど）を含む流体について有用である。薬剤やそ
の前駆体、誘導体などを含む流体を漉すのに有用であ
る。（あらゆるタイプの油、石油や食用油を含む）有機
化合物を単一の相あるいは混合相（例えば、油／水）と
して漉すのにも有用である。また海面活性剤、乳化剤、
あるいはリポゾームを含む皮膜、塗料、流体を漉すのに
有用である。
複数の回転部材（ディスク）および複数のフィルターあ
るいはそのいずれかを本発明の回転型濾過装置使用する
ことができる。したがって単一の回転部材を２つのフィ
ルターの間に配置し、２つの濾過用間隙を画定してい
る。このような装置において、回転部材の２つの主要面
のひつあるいは双方を少なくともひつの螺旋溝に有する
ことは望ましいことである。このような装置が間に挟む
ディスクやフィルター、すなわち回転部材や本質的に据
え付け用のフィルターを交互に配置して、いくつかの濾
過用間隙を画定することは本発明の範囲にあることであ
る。その場合、回転部材を協働する共通の回転軸に設け
ることができ、フィルターからの透過物は、共通あるい
は、別々の多岐管あるいは集積用のヘッダーに設けるこ
とができる。複数の回転部材と据え付け用のフィルター
が交互に挟み合う装置において、流体濾過用間隙を画定
する個々の表面には、１つ以上の螺旋溝を有する。
どの要素（すなわち、フィルター、ディスクあるいはそ
れらの組み合わせ）が回転するかということと関係な
く、回転は速度が一定にもできるし、変えることがで
き、方向が単一にもでき、変えることもできる。２つ以
上の縫剤が回転する場合、同じ方向に回転することもで
きれば、別々の方向に回転することもでき、速度も同じ
であることもできれば異なるこもできる。回転部材は、
規則的に回転方向を逆にする（振動させる）ことができ
る。回転部材は、共通のシャフトにより、しかも単一の
回転方向に回転させることが好適である。
回転部材及び／又はフィルターは、回転面に対してほぼ
垂直に軸方向に平行移動（往復運動）する。回転部材お
よびフィルターあるいはそのいずれかも振動して回転を
促進する。
個々のフィルターは、フィルター支持体に取り付ける。
このような支持体は、特にフィルター自体が十分な構造
的な剛性を有していない場合には好適である。支持体が
必要な場合、フィルターに隣接する透過物集積部材もま
たフィルターの支持体として機能することが好適であ
る。しかしフィルター支持体を別に設けることは、本発
明の範囲にあることである。その場合、フィルター支持
体は透過物集積部材に隣接し、透過物集積部材とフィル
ターとの間に設けることが望ましい。透過物集積通路網
を、フィルターの下流側（流体濾過用間隙から離れる方
向に向く）と透過物集積部材の通路網と流体連結し、フ
ィルターを通過する透過物は、フィルター支持体を通過
して流れ、透過物集積部材に至る。
供給流体は連続してあるいは、ひとまとめにし流体濾過
用間隙の中に入ることができる。透過物は連続してある
いは、ひとまとめにして流体濾過用間隙の通から除去す
ることができる。残留物は連続してあるいは、ひとまと
めにして流体濾過用間隙の中から除去することができ
る。供給流体から濃縮した１種類以上の混合物を含む残
留物は、例えば試験するには望ましい生成物である。濾
過物の生成物は、次の試験の工程の妨げとなる微粒子あ
るいはその他の材料を濾過装置で除去した供給流体であ
る。試験を実施するのは、化学的物質あるいは生物的な
物質あるいはその物質を濃縮するためであり、あるいは
１つ以上の物理的あるいは化学的な特性（例えば、pH、
温度、粘度、反応の程度、比重、塩素イオン、抗体、ウ
イルスその他の微生物、砂糖、エタノールなど）につい
て調べるものである。このように本発明による装置は、
１つ以上の前述した種類あるいは、特性（特徴）につい
て、透過物あるいは残留を物理的あるいは化学的に試験
するための手段を含む。
ディスクおよび対応する濾過面は、ハウジグに取り付け
るのが望ましい。ハウジングは本発明の装置の性能に悪
い影響を及ぼさない限りは、どのサイズ、形状、あるい
は材料でできていてもよい。一般的に、合理的に見て回
転部材やフィルターを収納するだけの大きさになってい
る。ハウジングは全く使用する必要がなく、ハウジン
グ、底部、頭部、あるいは側面の一部を開放し、あるい
は、装置を流体（例えば、湖や発酵用の槽）の主要部に
配置し、透過物と残留物あるいはそのいずれかの生成物
をつくりだす。装置のポンプの動きを使用して、供給流
体を供給流体の本体から濾過間隙に移動させることがで
きる。濾過装置の一部あるいは全体を浸漬すれば、流体
は流体濾過用間隙の中に流れ込む。
本発明による装置をさまざまな方法で使用することがで
きる。例えば、反応の監視する（例えば、反応容器ある
いは反応容器から流れ出る流れの中の反応媒体を試験す
る、あるいはその反応媒体から試験可能な流体をつりだ
す）、反応図式の重要な部分とする（例えば、反応容器
から流れ出る流れから、触媒を分離し反応容器に再生利
用し、再生させる、あるいは連続して生成物と派生物の
双方、またはそのいずれかを除去するとともに細胞培養
するための反応容器に栄養物を連続して補給する、ある
いはその生成物と派生物の双方またはそのいずれかを除
去するか、その栄養物の補給のいずれかを行う）、ある
いは、回復図式の一部として使用する（例えば、生成
物、派生物、汚染物質を、反応あるいは工程の中の流れ
と分離する。濾過装置は、どのようなタイプの工程容器
（例えば、反応容器）、あるいはあらゆる目的のパイプ
ライン（例えば、反応容器から流出する流れ用の配管、
あるいはストリップストリーム用配管）の正常な位置
で、濾過を連続してあるいは断続して実施しなければな
らない所に配置することができる。
回転部材や据付用のフィルターの直径には理論的に上
限、下限はないが、毎分100回転以下から1000回以上ま
で変わる回転速度のため、あるいは、巧みな処理、製
作、費用の制限などのために、濾過装置の回転部材は、
直径が１メートルあるいは２メートル以上になることは
ない。したがって、本発明による装置の能力を直径が約
１メートルあるいは２メートル以上の回転部材やフィル
ターが出す能力を超えて増やすためには、濾過の能力
を、必要となる追加の回転部材や、フィルターを付加す
ることで増すのが好適である。回転部材やフィルターの
直径とは関係なく、単一の装置にさらに回転部材やフィ
ルターを付加したり、２つ以上の装置を直列あるいは並
列に連結することによって、能力を常に増すことができ
る。複数の回転部材とフィルターあるいはそのいずれか
を共通のハウジングに取り付けることができる。一般的
に複数の回転部材と濾過パックを挟み合わせた本発明に
よる装置は、濾過領域が同じ円筒回転型濾過装置より、
小型の装置を必要としている。
回転部材は本発明による機能が果せるように、必要な物
理、化学的な特性を備えている限りでは、どのような材
料ででき、どのような設計あるいはどのような形状でで
きていても良い。回転部材はディスクの形状をなしてい
ることが最も好適である。回転部材を回転させ、濾過工
程の間は変形しないことが望ましいため、回転部材には
ある程度の構造的剛性が必要である。また回転部材は供
給流体に対して比較的に科学的に不活性であるべきであ
る。セラミック、ガラス、重合体など他の材料を使用す
ることできるが、一般的に回転部材は金属製が好適であ
る。（フィルターに使用している場合）１つ以上の内面
を含めて、フィルターの表面は比較的に滑らかであるこ
とが好適である。表面が荒れていると、低い回転速度で
濾過用間隙の中の流体に乱流に好都合となり、乱流はエ
ネルーギに乏しく、濾過中の１つ以上の成分に悪い影響
を及ぼす。
回転部材の周辺部や透過物集積部材の周辺部には他の形
状もありうるが、一般的には円形をなす。回転部材の中
心は、概してフィルターの中心部や透過物集積部材と一
致し、３つの中心はすべて、通常回転部材の回転にあ
る。回転部材、フィルター、透過物集積部材などの周辺
部は、回転軸から通常ほぼ同じ半径方向の距離に位置し
ている。単一のフィルターには面する１つ以上の回転部
材を有して、フィルターの同じ面に複数の濾過用間隙を
画定したり、単位の回転部材を有して複数の濾過用間隙
を画定することは、可能ではあるが、それほど望ましい
ことではない。しかし通常１つの回転部材が、単一のフ
ィルターに面し、それぞれ周辺部は、回転軸からほぼ同
じ距離になっている。
フィルターの表面は実質的に平坦であることが好適であ
る。フィルターのタイプやその表面により、表面には微
小なへこみや微小な突出部がある。しかし微小なへこみ
や微小な突出部があることと、フィルターの表面が平坦
であると考えられることは矛盾しない。さらにフィルタ
ーの表面に１つ以上の溝があり、しかもたとえ溝がフィ
ルターの表面をほぼ覆いつくし、溝の深さが５ミリ以上
であるとしても、それでフィルターの表面が実質的に平
坦であることの妨げにはならない。
同じように、流体濾過用間隙を画定する役を果す回転部
材の表面は、実質的に平坦であることが好適である。ま
た微小あるいは大形のへこみ（深さが５ミリから10ミリ
以上の溝を含む）あるいは突出部があるとしても、回転
部材の表面が実質的に平坦であると考える妨げにはなら
ない。
回転部材の表面とフィルターの表面は平坦であることが
好適である（製作が容易）が、平坦である必要はない。
例えば、回転部材の表面とフィルターの表面の双方ある
いはそのいずれかの軸方向の断面が円錐形、台形あるい
は曲面をなしてるという場合がある。事実本発明の利点
や機能を達成することができるかぎりどのような形状で
も使用することができる。このように、フィルターをシ
ャフトの長手方向軸に対して平行な方向に動かすことに
よって、濾過装置の中の通常の運転位置からすぐに着脱
することになっている場合、回転部材はその着脱の運動
の経路に位置しないようにすることが望ましいのであ
る。流体濾過用間隙は、いろいろなものがあるが、例え
ば、間隙を画定する２つの表面を中心部あるいは周辺部
において、相互に密接させることができる。双方の表面
の断面のサイズと形状が同じである場合、間隙の幅が一
定になるように方向を向けることができる。ただし、回
転部材の位置がフィルターの迅速で容易な挿入、取り外
しの妨げにならない限りにおいてである。
回転部材もフィルターも、濾過用間隙に延長する目立っ
た非螺旋型の突出部（例えば、非螺旋型のブレードや羽
根など）がついていない方が好適である。なぜなら、そ
のような突出部があると、例えばエネルギー効率に悪い
影響を及ぼす傾向があるからである。
流体濾過用の間隙を形成する回転部材の表面とフィルタ
ーの表面は、十分に平行である、すなわち２つの表面の
平面がなす角度が約30度を越えず、20度が好適であり、
15度がより好適であり、10度が好適であり、５度を越え
ない角度をなすことが最適である。角度が大きくなる
と、本発明の利点を損なうことになり、特に濾過装置に
１つ以上の回転部材がついている場合にはそうである。
たとえ部材（回転部材あるいはフィルター）が、厳密に
言えば、平坦でない（へこみがある場合）、その部材に
は一般的な指向性を有する主要な平面を有すると考えら
れている。平面が実質的に平行であるかどうかを決定す
るために使用すべきなのはその平面である。
本発明による装置は、水平、垂直、あるいは対角線に傾
ける、すなわち、回転部材の回転軸（すなわち、回転自
在なシャフトの長手方向軸）は、水平、垂直あるいは対
角線方向である。１つの回転部材と１つのフィルターを
有する垂直に向けた装置において、回転部材は、フィル
ターの上に位置し、あるいはフィルターは回転部材の上
に位置している。回転部材の数、フィルターの数や装置
の方向とは無関係に、流体濾過用間隙は、濾過中に流体
で満たしておくことができる。
回転部材は直接あるいは間接の手段例えば、電気モータ
ー、プーリを介して連結したモーター、駆動ベルト、あ
るいはギア伝達装置、あるいは磁気ドライブなどの手段
を用いて回転させることができる。フィルターの軸方向
の平行運動は好適ではないが、回転部材やフィルターの
軸方向の平行運動と振動運動は、公知の技術を用いるこ
とによって達成することができる。
古典的な交差流濾過装置とは異なり、本発明による装置
での濾過領域付近の剪断率、経膜圧力および経膜圧示差
（TMP）は、それぞれ独立して制御できる。
（ここで使用するフィルターは、粘膜である必要はない
がこれが普通の用語であるためここでは、粘膜圧力と言
う用語を用いる）。さらに透過物の流量は、給送率には
左右されないため、給送率を調整し非均一なTMPの分布
をできるだけ小さくするように調整することができる。
このような特徴があるため、本発明のフィルター装置は
分離を正確に制御することができる。そしていろいらの
やり方で、操作し制御することができる例えば、透過物
の流れは測定ポンプで制御することができる。そして残
留物の濃度は、供給の割合を透過物の流量に設定するこ
とにより、制御することができる。さらには、ポンプ２
台、１台は濾過装置の上側、もう１台は濾過装置の下側
に配置し、これを活用することによって、残留物の濃度
と望ましい透過物の流量を示すことができる。システム
は、流れの制御バルブと圧力制御バルブによって制御す
ることができる。本発明の利点の多くは、主要な運転パ
ラメーター（剪断率、経膜圧、供給、残留物、透過物の
割合）などによって決定することができる。こうした利
点は、当業者には明らかである。
濾過装置の制御システムは、供給流体と透過物と残留物
あるいはそのいずれかを独立して制御、操作できる。濾
過装置に使用する周辺装置の設計は重要ではない。既製
の技術を、制御システムや回転型駆動装置用に流体の付
加、集積、抜き取りなどのために使用することができ
る。この周辺装置全体の設計と選択は、既製の技術の範
囲内の入ることである。
一般的に、装置の駆動圧力や経膜圧は濾過の工程に干渉
せず、供給流体や生成流体に悪い影響を与えない数値な
らどのような数値でも取ることができる。このように大
気圧よりもわずかに高い経膜圧を活用することができ、
また経膜圧がかなり高い場合もある。一般的には、経膜
圧は低いほうが好まれる。なぜならフィルターの表面や
フィルターの内部では固体の集積ができるだけできない
ようにしているからである。また駆動圧力も低い方が一
般的に好まれている。なぜならその方が、装置の経費が
かさばらずにすむからである。しかし濾過促進のため駆
動圧力を上げる方が望ましい場合もある。たとえば、炭
酸飲料を加工する場合、ガス抜けがないように、駆動圧
力をかなり高く維持していなければあらない。濾過促進
のため、たとえば起電力などその他の力を用いる方が望
ましい場合もある。
本発明の特徴は流体濾過用間隙を画定する１つ以上の表
面に、ひとつ以上の螺旋溝を使用することにある。それ
は溝が位置する表面に対して、長さが平行に横たわる細
長い凹部あるいはへこみと考えることができる。
「螺旋」という言葉はいろいろに定義することができる
が、中心点から離れたり、近づいたりする間に、平面上
の中心点の周囲を動く平面の中点の経路であるというの
がひとつの簡単な定義である。このように図１に示すよ
うに、極座標では角度Ｙ（半径方向の位置Ｒの横たわる
線を回転させることによって形成する角度）が増すごと
に、螺旋の経路は半径方向の位置Ｒ（起点Ｏからの間
隔）において増加する。螺旋の経路のが長さＳは通常、
ディスクの半径で表現される。しかし螺旋を表現する線
は一次元であり、長さもひと杖であるため、起点から始
まることができるが、溝は３次元（長さ、幅、深さ）で
あるため、このように、溝の最も内部の端は、起点ある
いは中心点（ディスク回転の中心）からある程度離れて
いなければならない。逆に螺旋溝の経路の長さは、Ｒ以
下の数値からＲ以上の数値までの範囲である。再び図１
を参照すれば、中心Ｏから離れた半径方向の位置Riから
始まり、半径方向位置Roで終わり、角度Ｙをなす螺旋溝
は、経路の長さがＳ（W1とW2とを溝の側面の端としてＳ
は溝の中心線である）であり、Ｙが角度である数式 ［（Y/180）Ｘ（piXRO）］＋Ro−Ri＞Ｓ＞Ro−Ri 角度Ｙを180で割り、piをかけると、角度がラジアンに
変換される。このように、括弧の中の数値は、図１の点
Ｍから点Roまでの円弧型の長さに等しい。したがって、
円弧型の長さＡにRoからRiまでの間隔の差Ｄを加える
と、長さＳよりも長くなければならないし、長さＳもＤ
より長くなければならない。
ディスの半径が増すと、螺旋溝の角度Ｙの数値が一層大
きくなり、螺旋溝の長さが長くなるという傾向がある。
溝の幅が広くなるとその可能性は小さくなる。したがっ
て、ここで使用する螺旋溝は角度Ｙが10度以下になる場
合があるが、一般的には少なくとも10度、普通は45度よ
り大きく、少なくとも90度であることが望ましく、少な
くとも150度であることがより望ましく、少なくとも180
度であることが好適であり、少なくとも210度であるこ
とが最適である。
図２において、螺旋溝はRiで開始し、経路の長さがＳ
で、側壁の端がW1とW2になっている。ライン・セグメン
トあるいは半径ORと溝幅Gwを表示するラインセグメント
との間に形成する角度Ｔは、溝の曲面の度合に関する。
角度Ｔは溝の角度が、（参照記号Ｃで示す）仮想円から
逸脱している。仮想円の中心は、起点Ｏとなっており、
その円周は、角度Ｔを測定する経路の長さの上を通過す
る点となっている。その点は、経路Ｓがラインセグメン
トGwと交差する所である。角度Ｔは溝の中心線に接する
線Ｅと同じ点（ＳがセグメントGwと交差する点）におい
て、円Ｃと接する点である。このように限られた場合、
角度Ｔが０度であると、溝の曲面は円の曲面となり、角
度Ｔが90度である場合、溝は半径に沿っている。たとえ
ば、前進する螺旋溝は半径Riの角度仮想円におけるディ
スクの中心付近で、90度に等しいか90度に近い角度をな
している。そして溝がディスクの周辺部に近接すると、
角度Ｔは０度に近い数値にまで減少する。内巻き螺旋溝
はこの技術にあっている。別のタイプの螺旋を図３（双
曲線状螺旋）図５（対数状螺旋）、図７（アルキメデス
の原理による螺旋）に示す。
回転ディスク（あるいはフィルター）には図４（４つの
双曲線状螺旋）、図６（６つの対数螺旋）、図８（８つ
のアルキメデスの原理による螺旋）と図10（12つの内巻
きき螺旋）に１つ以上の螺旋溝がついている。単一の螺
旋溝を備えた部材に大きな不均衡が生じる。そのような
場合、単一の溝を有する２つ以上の部材を、適切な方向
に向けて他との釣り合いをとって、共通の回転シャフト
に積層している。さらには、２つ以上の単一の部材に使
用し、必要なバランスを取っている。
図１から10において、螺旋溝は半径Riの仮想円における
回転の中心から外れている位置から開始する。図４、
６、８と10は、その内円と交差し、開始する螺旋溝の数
が、その仮想円の円周、溝幅、および溝が円と交差する
角度により限定されている。図５は対数の螺旋溝（1og
R/Ri＝kv、ｋは係数）が鋭角で仮想の中心円と交差する
場所である。このようにこのタイプの螺旋溝は、螺旋が
対角線状に交差する内巻き螺旋（図９、Ｒ＝Riセカント
Ｙ）よりも仮想円の円周の大部分を占める。したがっ
て、ディスクを占める螺旋溝の数は、他の条件（溝の
幅、ディスクの中心からの間隔など）は同じであるとし
て、個々の溝が中心の領域で開始する曲面の角度で制限
される。特定のディスクに対する幅がGwであるいくつか
の溝に対して、さらに溝を追加する（それが可能である
として）と、半径Riであるこの中心の円形開始領域は重
なる（たとえば干渉する）ことになる。このように重な
りによって、この中心部は侵食され、その中心の円形の
領域の直径が増すことになる。
溝が支配するその仮想の中心円の円周部は、角度Yiをな
すY1からY2まで円弧をなしている。この角度はY2からY1
を引いたものに等しい。その角度は、およそ 円周の割合としての円弧を角度Ｔの関数として図11に示
す。潜在的なデータを、 0.1から0.5単位までのGwの数値を備えた１単位にひとし
いRiの数値を使用して計算した。Ｔの数値の範囲におい
て、同じパーセントの円周部をGwに対するRiを調整する
ことにより、達成することができる。たとえば、図11に
おけるRi＝1cm、Gw＝1cmの曲線はRi＝2cm、Gw＝2cmの曲
線に等しいことは明らかである。しかし一般的には、Ri
をできるだけ小さくして、ディスクの表面において、溝
の全面積を広くしている。溝の幅が小さくなると、ディ
スクはより多くの溝がついており、（仮想上の中心円に
対して角度90度の垂直よりも大きい）より小さい角度Ｔ
を活用する。あらゆる要素を考慮して、螺旋溝の占有す
る半径Riの中心円の円弧が75％あるいはそれ以下であ
る。通常は50％以下である。40％以下であることが望ま
しく、30％以下であるのが好適である。20％以下である
のが最適である。
幅がGwである本発明の螺旋溝は、半径がRoであるディス
クと交差するのが望ましい。RoはRi大きいため、半径Ro
の外円周は、半径Riの内円より多くの溝を収容し幅が広
い。溝が支配する円周のその部分は、Y1からY2までの円
弧であり、Yoの角度をなしている。この角度はY2マイナ
スY1に等しく、 に近似している。螺旋溝の占有する半径Roの中心円の円
弧が50％あるいはそれ以下である。通常は30％以下であ
り、20％以下であるのが好適であり、15％以下であるの
が好適であり、10％以下であるのが最適である。
ここで使用する螺旋溝は、少なくとも螺旋の全長の一部
においてその螺旋の中心と考えられている点から連続し
て後退し、あるいは前進するようになっているが、溝は
全長にわたって螺旋をなしている必要はない。螺旋溝の
中心は螺旋の位置する表面の中心、あるいは装置の回転
軸に一致している必要はない。したがって、問題の方面
には表面の中心の付近を起点とする螺旋がついており、
全長にわたる螺旋の前述の定義に一致している。そして
表面の周辺部が終点となっている。しかししそうなって
いなければ、溝は表面の中心点と周辺部とを結ぶ線上で
あればどの点を起点にすることもでき、溝は全長にわっ
て本当の螺旋である必要はなくなる。
ここで使用する螺旋溝は連続しているほうが好適である
が、連続している必要もない。表面には１つ以上の螺旋
がついており、その場合螺旋は表面から異なった間隔に
ある点を起点、終点のいずれか、または起点と終点にし
なければならない。表面に１つ以上の螺旋溝を使用する
と、溝は相互に交差し形状、曲面、中心点、横断断面の
形状と領域が同じである必要はない。螺旋は表面の周辺
部を終点とする必要はない。使用する螺旋溝がディスク
の表面に位置し、ディスクが回転し、供給物が回転軸に
あるいはその付近に位置しており、ディスクの周辺部に
まで伸び、相互に交差するには及ばない。
溝は表面上において指向性をもっており、その表面は個
々の溝の外端が回転軸の方を向き、回転時からそれるよ
うな方向に回転している。それによって、ハウジングの
内壁にある溝から出る流体の衝撃力を減少させる傾向が
ある。
個々で使用する溝は横断断面が概して凹面状であり、通
常はあまりへこみがないのが好適である。溝の横断断面
の内面は、スムーズな連続的な曲面をなしている。たと
えば、楕円の一部、円あるいはその組み合わせなどであ
る。溝には真っすぐな壁がついており、断面が例えば、
三角形、長方形、あるいは正方形をなしている。横断断
面にも直線部分と曲線部分とがある。ここで使用する溝
は、幅が一定し深さが一定しているのが好適であるが、
その寸法は溝の長さに沿って変化することがある。
溝幅のディスク（あるいはフィルター）表面の半径に対
する割合は、0.001から0.6までであり、0.01から0.5が
好適であり、0.01から0.4までが最適である。その幅は
溝幅のディスク（フィルター）の半径方向の位置に対す
る割合は変化するように溝の長さに沿って変化してい
る。本発明の他の利点を達成することができるようにそ
の他のパラメーター（たとえば、回転速度）を調整でき
れば、0.001から0.6までの範囲以外の溝幅対ディスク
（フィルター）の半径の割合を使用することができる。
溝幅対溝の深さの割合は幅広い範囲にも渡って変化して
いるが、本発明の利点を達成することができれば、その
割合にも限界がある。たとえば、特定の溝の深さに対し
て、溝の幅が広くなれば、ある点で溝の幅があまりにも
広くなり、回転速度を早くしても、本発明の利点を達成
することができる。このように、螺旋溝が本発明におい
て有用であるとすれば、溝の平均の深さに対する溝の平
均幅の割合は、一般的に６分の１を越えず、５分の１を
越えないのが望ましく、４分の１を越えないことがより
望ましく、３分の１を越えないのが好適であり、２分の
１を越えないのが最適である。溝の平均深さにたいする
溝の平均の幅の割合は、一般的には10分の１以上であ
り、８分の１以上であるのが望ましく、６分の１以上で
あことがより望ましく、５分の１であることがより好適
であり、４分の１以上であるのが最適である。割合の好
適な範囲は、平均の深さに対する平均の幅は４対１から
１対４の範囲である。深さや幅は、溝の経路に沿って変
化し、平均の深さに対する平均の幅の割合が変化する。
４対１から１対４の範囲以外の割合はその他の割合を変
化し本発明の利点を達成することができれば、その他の
パラメーターを調整することができる。
溝の深さは部材（ディスクあるいはフィルター）の溝付
きの表面にある仮想の平面から測定する。その表面に単
一の仮想の平面がなければ、溝の深さは溝の側面に隣接
し、画定する溝間の山にある仮想の平面から測定する。
螺旋溝の長さは、溝の起点、終点がどこであるか、螺旋
の張り具合、螺旋が覆う表面の寸法によって決まる。こ
のような本発明による螺旋溝は、幅がわずかに２、3cm
から2,3メートルあるいはそれ以上にまでの範囲であ
る。
このような背景の中で、本発明の好適な装置（一般的に
装置10と称する）の立面断面を示す図12を見てみよう。
装置30はハウジング32、フィルター34とディスク36とか
らなる。フィルター34はフィルター支持体38の上にあ
り、フィルター支持体38には、フィルターを通過する透
過物を集積するための流体経路40がある。透過物はヘッ
ダー42を通過し、（矢印46で示す）装置から透過物放出
口44を抜け出る。
いろいろなハウジング部材をネジ50で固定し、流体が漏
れて、透過物と残留物の混合が封印48で阻止される。デ
ィスク36は、ネジ50で保持するセンターライン（回転
軸）94を有する駆動シャフト104に連結している。この
ネジによって、ディスク36の上部をシャフトの延長部あ
るいはウイング68に固着する。シャフト104、ディスク3
6は駆動プリー66、駆動ベルト、図示しない動力手段で
回転させる。シャフト104はロータリー・ベアリング70
でハウジング32に回転自在に保持する。
濾過する流体（図12の底部に矢印84で示す）は供給物投
入口86を通過して装置に入り込み、流体物通路88を通過
して流れ、分配室90の中に流れ込み、下降し（矢印92で
示す）ディスク36の下表面が画定する供給物濾過用間隙
の中に流れ込む。ディスクの表面には、溝52、フィルタ
ー34の上濾過表面がついている。
ディスクの回転軸に位置する供給物分配室90から流れ出
て、濾過用間隙を通過してフィルター34を通過せずにデ
ィスクの外周辺部96に至る流体は、プレナム72に入り込
む。流体をプレナム72の中に再還流して流体濾過用間隙
に戻って来ることがある。残留物は矢印82の示すプレナ
ム72から下部の残留物口やドレーン80を通過して抜き出
すことができる。プレナムが完全に流体で満たされたよ
うに装置を駆動すれば、プレナム72の流体は、矢印78で
示すように通路76や残留物出口74を通過して装置を離れ
る。
図13は図12の装置12の装置における流体濾過用間隙に面
するディスク36の表面の平面図である。参照番号98は、
ディスクの仮想の中心である。参照番号100は、ディス
ク36の中心に位置する切断部を示す。参照番号96は、デ
ィスク36の周辺部、あるいは円周部を示す。
ディスク上の８つの溝間の山54が分離する螺旋溝が52が
８つある。図12に示すように、個々の溝52の横断断面は
略半円状である。個々８つのドットとダッシュの線102
（溝経路の長さＳとも称する）は、溝の底部を表示し、
溝の長さの方向に沿っている。切断部100のために、溝
は切断部100の端を起点としている。８つの仮想の線102
は、ディスクの仮想の中心98で合致している。このディ
スクを使用する場合、図13に対して時計方向に回転する
のが好適である。すなわち、溝の周辺部端がディスク回
転の方向からそれるので好適であるということである。
それによって、流体が存在する螺旋溝の内側のハウジン
グの衝撃を減少させることができる。
図14は図12の装置の装置の拡大詳細図である。濾過用間
隙56は、対向し実質的に平行である装置の拡大詳細図で
ある。濾過用間隙56は、対向し実質的に平行であるフィ
ルターの表面62とディスクの表面64とによって画定す
る。フィルターの表面62は実質的に山であり、ディスク
の表面も実質的に山である。溝52は溝間の山54により分
離し、内部が横断断面の表面58をなしている。ここの溝
８の側部（以前は側壁端W1,W2で示す）はまた溝間の山5
4の端でもある。山幅は1Wで示し、溝幅はGWで示し、溝
深さはGhでで示し、表面62と64の間の流体濾過間隙は、
ｈで示す。
本発明では螺旋溝を少なくともひとつ使用する必要があ
るために、溝は螺旋溝になる必要はなく、溝の長さはデ
ィスクの半径に一致することはできない。言い換えれ
ば、溝のセンターライン102（図13）は、半径に一致す
る（この場合、角度Ｔは、溝の経路全体に渡って90度で
ある）ことはできない。さらに溝は同心円であることは
できない。言い換えれば、溝全体がディスクの回転軸の
中心から一定の間隔にあるということができない。ディ
スクの回転軸は溝が位置する表面の中心でもある（その
場合、角度Ｔは溝の経路全体に渡りゼロ度である）。
ここで議論しているように、螺旋の堅さは本発明の利点
を提供する螺旋溝の能力を左右するものである。隣接す
る“堅い”螺旋は比較的に閉じており、隣接する“緩や
か”螺旋は閉じていない。
図13において、溝が占めるディスク表面の割合は約90％
であり、８つの溝間の山54の個々の幅は、約２ミリであ
り、溝の幅は約９から10ミリであり、溝の深さは約４か
ら５ミリである。ディスクの表面は仮想の平面と考えら
れており、それら溝間の山の底部（図12）や頂部（図1
3）を含み、あるいは接触する仮想の平面と考えられて
いる。このように、図12において、ディスクとフィルタ
ーの間の間隙の幅（隙間）は、溝間の山の底部からフィ
ルター表面までの間隔にある。その間隔が３ミリである
とすれば、フィルター表面から溝の谷の底部までの間隔
は、溝部の谷の底部はフィルターの表面から７−８ミリ
である（フィルター表面から溝間の谷までの間隔である
３ミリに、４−５ミリの溝の深さを加えたものであ
る）。しかしそのディスクは、フィルターから７−８ミ
リであると考えられ、ディスクの表面から約４−５ミリ
突出した大まかに曲折を描く三角あるいは、台形の断面
を有する８つの密接する螺旋ブレードである。
たとえ要素（ディスクあるいはフィルター）に「溝間の
山」あるいは「ブレード」と呼ばれるものがあったとし
ても大差はないが、それは（ａ）本明細書および特許請
求の範囲を通じて定義され、例示されている「螺旋溝」
という用語の範囲にある要素における経路を形成する限
り、（ｂ）本発明の利点をその要素に経路があるままで
得ることができる限りにおいてである。
あまりにも長さが短く、角度Ｙが５度にも満たず、ある
いは鋭角をなしている突出部を有する表面があると、お
そらく望ましくない乱流を引き起こすであろうし、非効
率的でもあり、あるいはそのいずれかであり、滑らかな
曲線を有する突出部として望ましくない。
本発明において有用な表面からの突出部は、概して表面
の長さが幅の少なくとも３倍であり、少なくとも５倍で
あるのが望ましく、少なくとも７倍であるのが一層望ま
しく、少なくとも10倍であることが好適であり、少なく
とも15倍であることが一層好適であり、少なくとも15倍
であるのが最適である。特に突出部（たとえば、溝間の
山）の幅が狭い場合、100対１あるいはそれ以上の割合
を活用することができる。図13において、溝間の山の幅
は約65センチであり、溝間の山（突出部）の長さ対溝間
の山の幅との割合が約300対１を越えている。溝間の山
の幅が変化する場合、溝間の山の幅の平均を用いてその
割合を計算する。
静止の平坦型フィルターと密接して実質的に平行な回転
型平坦ディスク（溝のないディスク）とを有するディス
ク・フィルターを備えて、流体の剪断が半径方向の位置
の関数であり、中心部では比較的に低いレベルから、デ
ィスクの周辺部では比較的に高いレベルにまで上昇して
いる。平坦なディスクの全体は装置として回転するが、
接線の線速度は本質的にディスクの中心では、本質的に
ゼロであり、ディスクの周辺部では、最大値となってい
る。このように、ディスクの周辺部に対向するあるいは
対応するフィルターの環状のリングにより、ディスクの
回転によって、最高の洗浄作用と剪断が発生する。平坦
なディスクを備えると、フィルター表面における洗浄作
用や剪断があまりにも広い範囲において変化し、フィル
ターの中心からの距離によって左右されるという事実
は、濾過間隙がフィルターと対向して配置する平坦な回
転ディスクにより画定する回転型ディスク濾過装置を使
用する欠点となっている。しかし下記に示す例に見るよ
うに、この点は本発明の装置を使用した場合に観察した
点とは際立った対照をなしている。
局部の洗浄作用あるいは剪断（そしてそれゆえに局部の
流動率）は、局部の溝能力曲面に比例すると考えられて
いる。例えば、一般的により言えば、曲面のついた溝は
直線的な溝より利点が多くある。溝の局部の曲面を操作
すれば、局部の濾過効率を高めることが出来る。このよ
うに、本発明では、螺旋溝の局部の曲面を操作すること
により、溝のない回転ディスクは、溝のない回転ディス
クに比べて比較的より均一な流動率の輪郭を達成するこ
とができる。
濾過間隙と回転速度を画定する２つの表面の間を分離す
ると、洗浄作用や剪断に影響し、それ故に流動率に影響
する。一般的に言えば、洗浄作用は間隙の幅（図14にお
いて「ｈ」で表示する）に反比例している。実施例３に
示すように、間隙を変化させる効果は、少なくともある
範囲の中では、流動率に適度とは言え比較的小さな影響
を与えている。すなわち、間隙の幅と壁の剪断（粘膜の
表面における剪断率）との間の関係は強くない。いずれ
にしても、ある点において、フィルター表面と対向する
ディスクとの間にはあまりにも離れているために、少な
くともひとつの部材を回転しても、流動に対してあまり
よい効果を与えることはない。もう一方において、何よ
りも技術上の余裕から、ある点で濾過間隙を画定する２
つの表面は、あまりにも密接しているために、一方ある
いは他方あるいは双方の部材を回転させる。したがっ
て、特定の供給流体について特定の濾過装置の有用な作
業領域となっている。流体濾過用間隙を画定する２つの
対向する表面は、密接させるべきであり、間隙の幅は通
常は１から100ミリまでの範囲であり、１から50ミリで
あることがしばしばあり、１から25ミリであることが望
ましく１から15ミリであることが好適であり、１から10
ミリであるのが最適である。本発明の利点を獲得できる
ようにその他のパラメータを調整すれば、１から100ミ
リ以外の範囲の間隔を使用することができる。たとえば
ディスクとフィルターあるいはそのいずれかが平坦でな
い場合（たとえば２つの円錐形の表面は、相互に向き合
いあるいは相互に離れていく場合）は、特定の装置の間
隙の幅は変化する。言い換えると、流体濾過用間隙
（“h"）は、半径方向に変化する。こうした変形は、１
種類以上を濃縮する（脱水などのような場合）結果、供
給物の粘度が増すにつれて、一定した平均の剪断応力を
維持するのに有用である。
回転速度は流動に影響を与える。回転速度が早くなる
と、洗浄作用が増し、回転速度を遅くすれば、洗浄作用
が弱化させる。回転速度が装置の設計に一致するどのよ
うな速度であっても、活用することができ、流体の剪断
の感度を処理することができる。回転速度は、通常50rp
mから2000rpmであり、100rpmから1500rpmが望ましく、1
00rpmから1200rpmが好適であり、100から1100rpmである
ことが最適である。50から2000rpmまでの範囲の数値
は、本発明の利点をなおも達成することができれば、活
用することができる。
本発明の装置の性能に影響するその他の変数としては、
表面上の螺旋の数、角度Y,Tの大きさ（図１、２、長
さ、幅、溝の深さ、断面の形状、濾過間隙を画定する表
面の滑らかさ、流体の粘度、密度を始めとする流体の流
動学を画定するパラメーター、粒子（細胞）含有の有
無、粒子の大きさ、形状、濃度などがある。
添付図面に戻り、図15から図18までには、それぞれ楕円
形、円形、長方形（正方形）および三角形の断面を有す
る溝52を図示する。図15、16の断面は図17、18の断面よ
り好適である。なぜなら、図15、16では、内部溝表面が
連続表面をなしているからである。図17、18の溝は、内
部の凹面状の角で行き停まりであり、あるいはよどんだ
領域になっているからである。
数多くの実験を実施して、本発明の利点の幾つかを図示
し、その結果を図19から23に示す。本発明による回転型
ディスク濾過装置は、本発明の範囲以外のディスクを使
用する回転型ディスク濾過装置および円筒形回転型濾過
装置と比較する。使用する円筒形回転型濾過装置は市販
されているタイプのものであり、BENCHMARK and PACESE
TTERという商標で、本発明の出願人であるMembrex,Inc
が市販している。
BENCHMARKの装置では、表面積が約200平方センチでしか
ない粘膜がついている内部シリンダーが、密接する外シ
リンダーの内部で回転する。環状間隙の幅は、約２ミリ
である。PACESETTERの回転型濾過装置にも、静止の外シ
リンダーの中を回転する内シリンダーがついている。環
状間隙の幅は約４ミリであり、粘膜フィルター（面積が
約2500平方センチである）が、外シリンダーの内壁にの
み装着する。
本発明による回転型ディスク濾過装置を使用する大部分
の実験において、図12に示す装置を使用する。使用した
螺旋溝つき回転ディスクの設計は図13に図示しており、
外直径は約28センチである。作成した溝は、ディスクの
中心を約1.2回転しており、溝の幅は約９−10ミリの幅
があり、４−５ミリの深さがある。プレナムの内直径
は、約33センチである。プレナムの頂部の内側から平坦
なフィルターの頂部までの間隔は約５センチであり、デ
ィスクの厚さは、約１センチから３センチである。ディ
スクに連結する駆動シャフトは、プーリーや伝達ベルト
を介して連結する１馬力のモーターにより回転する。
図20に結果を示す実験において、本質的に図12と同じで
あるが、図１に対しては逆立ちした方向を向いている装
置を使用する。このように逆立ちした装置において、フ
ィルターの支持体は、平坦なフィルターの上に位置し、
平坦なフィルターは、流体間隙の上に位置し、流体間隙
はディスクの上に位置している。逆立ちした装置におい
て、ディスクを駆動シャフトの延長部に保持するネジの
位置は変化し、それらのネジ（シャフト延長部あるいは
ウイング68よりも）ディスクを通過して取り除くことが
でき、変化するディスクを簡単にしている。
どの装置を使用するかとは無関係に、静止した状態で実
験上の点を決定した。すなわち、供給流体を装置に供給
し、残留物や透過物は、装置から抜き取り、残留物や透
過物は、供給物として装置に組み合わせ回収する。一定
した状態を達成するため、個々のデーターのポイントに
ついて約15分から30分を要する。
実施例１ 本実施例において、図12、13の装置を前述したBENCHMAR
KおよびPACESETTERの回転シリンダー装置と比較する。
これら３つの装置について、使用したフィルターは、 MEMBREX,INCが市販し、米国特許第4,906,379号の範囲に
あるULTRAFILLIC MX−50の粘膜であった。その粘膜に
は、50,000分子重量の切断部がついていた。図13の回転
ディスクに対向するフィルター表面は、約600平方セン
チの面積があり、流体濾過間隙の幅は、５ミリであっ
た。ディスクは、100rpmから800rpmまでの速度で回転し
ており、BENCHMARKの装置の回転子は、毎分約250rpmか
ら4000rpmの速度で回転している。そしてPACESETTERの
装置は、約200rpmから2000rpmで回転している。前述し
た再循環の機構は、一定した状態を達成するために、３
つの実施例のすべてにおいて使用した。
流体濾過水溶液は、10グラムのうし血清のアルブミン
（BSA）、0.15Mの塩化ナトリウム、0.01Mのトリヒドロ
キシ−メチラミノメタン（TRIS）pH7含んでいた。安定
した状態になった後、透過物の流動率と流体濾過に用い
る純粋な電力（ベルト、プーリー、ベアリングによる電
力の損失を引いた電力）を決定する。
図19にその結果を報告する。縦座標に単位フィルター面
積当たりの純粋な電力を示し、横座標にフィルターの表
面積のにおける対応する透過物の流動率を示す。PACESE
TTERの装置の場合、フィルターの表面積がBENCHMARK装
置のフィルター表面積の約12.5倍であるが、これら２つ
の装置のデータ・ポイントは本質的に等しい曲面の上に
ある。
本発明の装置の結果は、別々の曲線をなすようになって
おり、円筒状の濾過装置の場合、曲線の右側に位置す
る。このように、単位フィルター面積当たりの電力が一
定していれば、本発明の装置により達成可能な透過物の
流動率は、円筒状の装置で達成可能な流動率よりもかな
り高い。例えば、フィルター表面積の平方メートル当た
り0.5馬力であれば、本発明で達成可能な透過物の流動
率は、円筒状の濾過装置では達成可能な流動率より約35
％ほど高くなっている。その結果がウロンスキー、モル
ガ、ルドニャクらのバイオテクロノジーにおける動的濾
過、バイオプロセスエンジニアリング第４巻、99から10
4ページ（1989）における結果と逆になっているのは、
極めて驚くべきことである。ウロンスキー、モルガ、ル
ドニャックらによれば、流動率は静止のディスク・フィ
ルターや回転ディスク推進装置を有する回転型ディスク
装置より高いことを示している。今回の矛盾した驚くべ
き結果は、ウロンスキーらが１つ以上溝がついていない
ディスクを使用した、すなわち、ウロンスキーらは本発
明のディスクを使用していないということから説明でき
る。
実施例２ 実施例２においては、図12に示す回転型濾過ディスク装
置に４つの異なったディスクを用いて４回にわたる実験
を行った。その結果予想外の利点が明らかになった。使
用した４つのディスクは（１）すでに記述した図13に示
している螺旋溝つきディスク、（２）平坦なプレートあ
るいはディスク、（３）内側の中央の切断部（Ri）から
ディスクの外周辺部（Ro）に伸長する８つの半径方向の
ブレートがついた平坦なプレート、（４）ディスクの内
側中央の切断部から外周辺部へ延びる８つの半径方向の
ブレードがついた平坦なディスクである。半径方向のブ
レードがついたディスクのブレードは、長さが約110ミ
リ、幅が３ミリ、高さが５ミリである。半径方向の溝が
ついた溝は、長さが約110ミリ、幅が10ミリ、深さが５
ミリである。同じフィルターの幅（５ミリ）、供給溶液
を、すべての場合に使用した。供給水溶液には、１リッ
トル当たり5gのガンマグロブリン、0.15Mの塩化ナトリ
ウム、0.01Mの燐酸塩緩衝剤pH7を含んでいる。４つのす
べての場合において使用した粘膜は、ULTRAFILLIC MX−
50の粘膜フィルターである。
４つの異なったディスクについてのデータ・ポイント
は、図20にプロットした。最も左にある曲線は、８つの
直線状の半径方向の溝を有するディスクの曲線である。
曲線の湾曲部（フィルター領域の約125l/hr/m2の透過流
動率）は、乱流が開始するおよそのポイントを示す。鋭
い上向きの曲線は、濾過装置に投入するエネルーギがか
なり増加すると、流動率は余り増加しないことを示して
いる。余りのエネルーギーは、フィルター洗浄に使用せ
ず、それ故に流動率が増加し、乱流の中で分散する。
半径方向のブレードを有する使用する際に、回転型ディ
スク装置の曲線は、第１の曲線の右側に移動するが、形
状は同じである。湾曲部は、平方メートル当たり１時間
当たり約160リットルの流動率に移動し、この湾曲部
は、乱流の開始が近いことを示している。
平坦なディスクを使用する際、装置の曲線は平方メート
ル当たり１時間当たりの150リットルに近い流動率で半
径方向のブレードを有するディスクを使用する装置の曲
線と一致する。流動率の数値がそれ以上になると、平坦
なプレートの曲線は半径方向のブレードのついたディス
クの曲線ほど急速に上昇することはない。このことは、
約150リットル/hr/m2の流動率で、平坦なディスクが半
径方向のブレードを有するディスクとエネルギー効率が
等しくなるが、その数値より大きい流動率は、平坦なデ
ィスクの方がより効率的である。
本発明による装置（螺旋溝がついたディスクを有する）
の曲線は、さらにエネルギー効率が良く、前述した３つ
のシステムの中で一番後まで乱流の開始を遅らせること
は極めて驚くべきことである。例えば、フィルター領域
の平方メートル当たりの入力が0.5馬力であれば、半径
方向の溝つきディスクの透過物の流動率は、１約100l/h
r/m2であり、半径方向のブレードがついたディスクの場
合は、15l/hr/m2、平坦なディスク160l/hr/m2、本発明
によるディスクの場合は190l/hr/m2である。言い換えれ
ばそのパワー・レベルでは、溝を半径方向から螺旋に変
えることにより、流動率をほぼ２倍にし、半径方向のブ
レードのついたディスクを平坦なディスク、そして溝の
ついたディスクに変えて、流動率を約20％向上させるこ
とができる。
この結果から本発明の装置は、実験しその他の設計より
も本質的に効率が良くことがわかる。この結果からディ
スクの上の螺旋溝のパターンは回転速度が上昇するとと
もに、乱流が開始するのを抑制することがわかる。これ
により、本発明の装置をよりよく制御することができ、
特定の装置について実質的により高い流動率を達成する
ことが出来るようになる。
この結果や利点はワタナベのブレードつき回転ディスク
の流体摩擦に関する実験、JSME会報第５巻、17号、49−
57ページ（1962年）を考えると予想もつかないことであ
った。ワタナベは、直線であろうと、45度と対数の螺旋
であろうと、ブレードの形状は摩擦係数にほとんど影響
することはないと報告していた。摩擦係数がほとんど異
なっていないとすれば、ここで使用した螺旋の設計によ
って乱流の開始に重要な影響を与え、いずれにしても遅
らせるということを予測することはできない。さらにワ
タナベは、８つの半径方向のブレードは最適のものであ
り、８つからブレードの数を少し増やしても、良い結果
をあげることはできないが、ブレードが８つよりかなり
多くなると、効果は悪くなりディスクはあたかも平坦で
あるかのような動きをするようになる。したがって、本
発明において、ディスクのような表面をほとんど全面
（90％）を覆う螺旋溝を有するディスクが、平坦なディ
スクのように動かず、実際に平坦なディスクよりも良い
動きをするということは、驚くことである。
この結果はマークスとカールッソン、交叉流濾過、ジョ
ン・ワイリー・アンド・サンズ（1988年）を考慮すれ
ば、極めて予想のつかないことである。マークスとカー
ルッソンは、95ページにおいて、静止濾過表面の付近で
平坦ディスク、シングルクロス、ダブルクロス、スポー
クホイール、多数の穿孔を有するディスク、半径方向の
ブレードを備えたあるいは備えないディスクなど様々な
推進装置を実験し、８つのブレードがついた方が２つあ
るいは４つのブレードがついたディスクよりも優れてい
ても、調査したいろいろな形状による効果の差異はあま
り重要ではないと報告した。マークスとカールッソンは
95ページにおいて、ディスクの形状は、回転子の速度と
同じような劇的な影響を与えることはないと述べてい
る。しかし図20において、純粋な動力が例えば、0.25hp
/m2であるとすれば、ディスクを半径方向の溝から螺旋
溝に変更することによって、２倍以上流動率を上昇させ
ることができる。しかし放射状溝の場合、同じ程度の改
善を加えるためには、動力の入力を約10の係数だけ（約
2.5hp/m2）に増加しなければならない。これは全く予想
外のことであり、マークスとカルッソンの教えに反して
いる。
実施例３ 回転速度の異なる場合、流体濾過間隙（図14ではｈ）の
幅を変更することによって、透過物の流動率にどのよう
に影響するか判断するため本実施例では３回に渡って実
験を行った。その結果を図21に報告する。図12、13の回
転型ディスク濾過装置、実施例２のガンマグロブリン水
溶液、ULTRAFILLIC MX−50の粘膜フィルターを使用し
た。実験の結果、流体濾過用間隙を５ミリ、３ミリから
1.5ミリに減少すると、実験で採用した回転速度（100rp
mから750rpm）の範囲では、透過物の流動率にわずかで
はあるが目立った効果を与えることになることがわか
る。流体濾過用間隙の幅（すなわち隙間）は、本発明の
利点を達成するためには、螺旋溝の幅と深さより小さく
あるいは同じ程度でなければならない。図13のディスク
の溝は、幅が約９から10ミリであり、深さが約４から５
ミリである。このように、本実施例で使用する間隙の幅
（1.5から５ミリ）はディスクの好適な幅の範囲にあ
る。
実施例４ 本実施例では、図12、13の螺旋溝ディスク装置と上記の
BENCHMARKの円筒型回転濾過装置を使用してオレンジ・
ジュースを濾過した。米国特許第４、906、379号の範囲
にある0.45ミクロンのULTRAFILLIC粘膜マイクロフィル
ターを双方のシステムに使用した。それぞれのシステム
について、１平方メートル１時間当たり約37リットルと
流動率が実質的に同じになるように、個々の装置の透過
物の回収率を調整した。流動率が回転型円筒形濾過装置
においてテイラー対流により流動率を維持できるのと同
じ程度に本発明により、回転型ディスク濾過装置におい
て維持できるかどうか決めるために実験を行った。その
結果を図22に示す。
図に示すように、BENCHMARKの円筒型回転濾過装置は、
2.5時間の連続運転の間一定した状態を維持した。本発
明の螺旋デイスク装置にとって、最初は円筒型装置と同
じ流動率が１時間を経過すると、流動率を最大にしよう
しているために上昇する。約100分を経過して、透過物
回収ポンプに気泡が出来はじめて、最適の流動率を過ぎ
てしまったことがわかる。気泡形成を停止するため、透
過物回収率を下げて、流動率を36l/hr/m2に引き下げ、
そのレベルでは実験の全工程の間一定の状態に保持され
る。
結果を見ると、本発明の回転型デイスク濾過装置は、テ
イラー対流を使用する回転型円筒濾過装置と同じように
流動率は一定した状態にある。円筒形の回転型濾過装置
は回転型デイスク濾過装置よりも流動率が高いと報告し
たウロンスキー、モルガ、ルドニャックの「バイオテク
ノロジーにおける動的濾過」バイオプロセス・エンジニ
アリング第４巻、99−104ページ（1989）に掲載したデ
ータを見れば驚くべきことである。
実施例５ 本実施例の実験は、本発明の装置について半径方向の位
置（すなわち、回転軸の中心からの間隔）の関数として
の流動率を決定するために実施した。図12、13の回転型
ディスク濾過装置と前述したBSAの水溶液を使用した。U
LTRAFILLIC MX−50粘膜を使用した。関心の対象となる
個々の半径方向の位置における流動率を半径方向の位置
にはないフィルター表面のあの部分を覆うことで決定し
た。このようにするため、関心の対象である環状の領域
を孤立させた。そのようにするため、関心の対象である
環状領域は、不透過性のエポキシ被膜により覆うことで
孤立させた。それにより、透過物がひとつの関心の対象
以外の半径方向の位置において、濾過表面を通過して流
れないようにした。0.3、0.6、および0.9であるR/Roの
半径方向の位置、100rpmから400rpmまでのディスクの回
転速度について実験した。
100rpmの回転速度において、透過物の流動率は粘膜のフ
ィルター表面を横切って本質的に一定していたことは極
めて驚くべきことである。流動率の絶対的数値は400rpm
で225l/hr/m2であり100rpmでは100l/hr/m2であるが、同
じことが400rpmの早い回転速度についても当てはまる。
（ディスクの回転速度が一定していれば、流動率は半径
方向の速度とともに変化することはない）はあまり期待
できないことである。特に、回転速度は半径方向の速度
に対する依存度が高いため、ディスクの中心付近の流動
率は低く、ディスク周辺の流動率はかなり高くなってい
る。前述したところで議論したように、螺旋溝、ことに
曲面の度合が大きな螺旋を使用すれば、回転軸のより近
い接線方向の線速度を補っている。
複数のディスクとフィルターを備えた実施例に目を転じ
ると、図24、25において、装置106においては、一体と
なって回転するシャフト104には多数のディスクを装着
している。ディスクには、主要な対向面に溝52がついて
いる。シャフト104はモーター110により駆動し、ハウジ
ング108に回転自在に装着する。ハウジングのドア112に
溝つきのディスクに回転自在にあるいは近付く事ができ
フィルター装置140の半円形をなすカセット126を取りは
ずすことができる（図26を参照のこと）。ドア112は駆
動中にはボルトとウイング・ナット114で保持してお
く。ウイングナットは、ハウジングのドアの上の切り欠
き116と相互に作用している。
図26は組み合わせ、透過物集積のために流体結合したフ
ィルター装置140のカセット126を示す。カセット126と
対応して嵌合するカセット（図示せず）は、ハウジング
のドア112が開放してある間、装置106の中に配設する。
カセット126にある半円形の切断部118は、装置106に配
設すると、中央位置するシャフト104の通路となってい
る。
カセット126は、２つの主要な対向面に濾過用の表面62
を有するフィルター支持体38からなる５つのフィルター
装置140からなる。このように、５つのフィルター支持
体38のそれぞれに、第１表面136と第２表面138それぞれ
の表面がフィルター表面をなしている。10のフィルター
表面62を通過する流体は、５つのフィルター支持体38の
中に流れ込む。カセット126とそれに対向するカセット
を装置106の中のシャフトの対向面に配設すると、透過
物集積口120はカセット126と対向するカセットとを流体
結合させ、透過物を集めることができる。
カセット126と対向するフィルター・カセット（図示せ
ず）を装置106の中に配設すると、表面136と表面138と
を２つの隣接する螺旋溝つきディスクの対向配設する表
面の間に配設する。図25に示すように、ここの溝つきデ
ィスクには、第１の表面（主要面）と第２表面（主要
面）がついている。フィルター・カセットを装置106に
配設すると、個々の装置の主要面136、138は２つの隣接
フィルター装置140の主要面に対向して配設する。
図27はモーター110を支持フレームワーク124に装着した
装置106を示す。
図28は装置106で使用するフィルター装置の別の設計を
示す。図26に示すタイプの２つの半円カセットを使用す
るのではなく、図28に示すフィルター装置を使用する。
図28の切断部118は、２つの対向して配設する直線部130
と曲線部128とからなる。このようなＵ字形の切断部118
により、個々のフィルター装置は、（図26に示すような
２つの部分からなるより）単一化しておりドア112の内
のひとつを通じて、装置106に配設される。図26に示す
半円設計に比べ、このフィルター装置の欠点は、図28に
示すシャフトの切断部が、フィルターの周辺部から、参
照番号128（図28）に示す中心まで伸長している。
特許請求の範囲に示すように、「対向して配設する」と
いう用語は、例えば２つの表面が同じ要素の対向する側
面にある、例えば１枚の紙の２つ主要面が対向して配設
するあるいは、２つの主要面がある程度の間隔あるいは
境界を横切って、対向する、例えば、ディスクの表面、
フィルターの表面が流体濾過用間隙の対向する側面に位
置する（流体濾過用間隙を画うする）という意味であ
る。「実質的に平行である」という用語は、「実質的に
平行である」２つの線、平面、要素が相互に約30度より
大きい角度を形成しないという意味である。（「実質的
に平行とは、前記の箇所でさらに記述する。） 「密接する」とは、２つの線、平面、要素が、あまり間
隔を置いていないため、相互作用を及ぼさず、協働せず
望みどおりの機能を果さないという意味である。このよ
うに、ディスクやフィルターの表面を対向させる場合、
「密接する」とは通常、それらの表面が100mm以上の距
離を置かず、その意味で「密接する」についてさらに述
べている。表面のどの部分が溝で覆われているかを決定
する際に、表面の平面図を使用する、すなわち、（紙の
表面のように）２次元の表現を使用してその部分を計算
する。したがって、幅10ミリ、長さ100ミリで最大の深
さが５ミリである半円形の断面を有する溝は、内部の表
面積が1000平方ミリ以上であり、溝の領域がちょうど、
1000平方ミリ（幅10ミリに長さ100ミリをかける）であ
ると理解することができず、溝の深さが増したために、
表面積が増したことを考慮することはできない。したが
って、溝には深さがあるという事実が無視されているた
めに、何パーセントの表面が溝に覆われているかを決定
するのは比較的に容易である。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）濾過する流体を保持する流体濾過用
    間隙であって、２つの対向して配置され実質的に平行で
    近接した表面により画定され、間隔を形成する１つの表
    面が透過物が通過する第１のフィルターの第１の表面で
    あり、間隙を形成するもうひとつの表面がディスクの表
    面である流体濾過用間隙と、 （ｂ）流体を流体濾過用間隙に導く手段と、 （ｃ）ディスクあるいはフィルター又は両方を回転させ
    て、透過物をつくりだす手段とからなり、ディスクの表
    面あるいはフィルターの表面が、あるいはディスクの表
    面とフィルターの表面の双方ともに、流体が間隙にある
    場合、流体と流体結合する少なくともひとつの螺旋溝を
    有し、螺旋溝がディスク表面あるいは、フィルター表面
    において、少なくとも10度の角度をなす極座標において
    角度Ｙをなすことを特徴とする流体を濾過し透過物や残
    留物をつくる回転型濾過装置。
  2. 【請求項２】ディスク表面がフィルター表面でもあるこ
    とをさらに特徴とする請求項１記載の濾過装置。
  3. 【請求項３】ディスク表面は、流体が間隙にある場合、
    少なくともひとつの螺旋溝が流体と流体結合することを
    さらに特徴とする請求項１又は２記載の濾過装置。
  4. 【請求項４】お互いに挟み合う関係にあり、複数の流体
    濾過用間隙を形成する複数のディスクあるいは複数のフ
    ィルターからなり、個々の間隙がディスク及び近接する
    フィルター表面によって形成され、流体がその間隙にあ
    る場合、少なくともひとつの表面が、流体と流体結合
    し、少なくともひとつの螺旋溝を有する個々の流体濾過
    用間隙を形成し、少なくともひとつの溝が、少なくとも
    10度の角度をなす極座標において角度Ｙをなすことを特
    徴とする前記の請求項のいずれか１つに記載の濾過装
    置。
  5. 【請求項５】（ａ）第１の方向、第１の方向とは反対の
    第２の方向の間において、回転ディスクあるいはフィル
    ターを回転方向に交互に動かす手段、（ｂ）（ｉ）回転
    ディスクあるいはフィルターの回転方向に対して垂直で
    ある第１の方向、（ii）第１の方向に対して反対である
    第２の方向との間で、回転あるいは非回転のディスクあ
    るいはフィルターを動かす手段、（ｃ）回転、非回転の
    ディスクあるいはフィルターを振動させる手段、（ｄ）
    物理的特性及び／又は化学的特性のため、及び／又は１
    つ以上の種類の存在及び／又は濃度のために透過物と残
    留物を試験する手段、（ｅ）濾過中に濾過する流体に電
    界を印加する手段、（ｆ）フィルターにおける超粘膜圧
    の差を制御する手段のうち少なくとも、ひとつを有する
    ことをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれかに記
    載の濾過装置。
  6. 【請求項６】流体濾過用間隙の幅が半径方向に変化する
    ことをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１つ
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】対向して配設するフィルターとディスクの
    表面が、100ミリしか間隔が開いておらず、相互に30度
    を越えない角度を形成し、少なくともひとつの螺旋溝の
    平均幅平均の深さに対する割合が、4/1から1/4の範囲に
    あることをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか
    １つに記載の濾過装置。
  8. 【請求項８】フィルター表面上の一滴の透過物が30度を
    越えない接触角度をなすようにフィルターがなっている
    ことをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１つ
    に記載の濾過装置。
  9. 【請求項９】フィルターが、十分に電荷を帯びないマト
    リックスの表面のみに備わる反応性の付属基と表面を親
    水性にする親水性の極性基とを有するニトリルを包含す
    る重合体の分子を含むマトリックスからなり、その極性
    基が重合体の反応性の付属基の誘導により獲得されてな
    ることをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１
    つに記載の濾過装置。
  10. 【請求項１０】フィルターには、選択的に吸着性の親和
    力を有する結合子がついていることをさらなる特徴とす
    る前記の請求項のいずれか１つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】フィルターが、非対称のフィルターであ
    ることをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１
    つに記載の濾過装置。
  12. 【請求項１２】角度Ｙが45度より大きいことをさらなる
    特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載の濾過装
    置。
  13. 【請求項１３】角度Ｙが少なくとも90度の角度であるこ
    とをさらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１つに
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】角度Ｙが少なくとも150度であることを
    さらなる特徴とする前記の請求項のいずれか１つに記載
    の濾過装置。
  15. 【請求項１５】回転型濾過装置を使用して、流体濾過用
    間隙の中の流体を濾過し、透過物と残留物をつくり出す
    方法において、 （ａ）前記の請求項のいずれかに記載の回転型ディスク
    濾過装置を備えること、 （ｂ）１以上の流体を濾過用間隙に導入すること、 （ｃ）１以上のディスクあるいはフィルター又は両方を
    回転させて、透過物をつくりだすことを特徴とする方
    法。
  16. 【請求項１６】供給流体中の種が濾過工程により、残留
    物の中で濃縮していることを特徴とする請求項15記載の
    濾過の方法。
  17. 【請求項１７】残留物あるいは透過物を、物理的特性及
    び／又は化学的特性のため、及び／又は１つ以上の種の
    存在及び／又は濃度のため、試験することをさらに特徴
    とする請求項15又は16記載の濾過の方法。
  18. 【請求項１８】流体を少なくとも部分的に、濾過する流
    体に装置を浸すことにより、流体を流体濾過用間隙に導
    入することを特徴とする請求項15から17のいずれか１つ
    に記載の濾過の方法。
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