JPH09500577A - 交差流式濾過に用いるフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 懸濁又は乳化した物質を含む流体の交差流式濾過に用いるフィルタが等しい寸法のいくつかの板部材より構成されている。各板部材の間に残留液流と透過液流とのための各通路が存在している。各板部材は入口開口と出口開口とを有して各捕集導溝を形成し、これらを通して未濾過の流体が各通路へ導びかれ、また残留液及び透過液が各通路から導出される。板部材(1)（膜板部材）が存在し、これらはその流体に対して化学的に及び物理的に不活性な物質の膜よりなり、この膜は 0.1 ないし 50 μm の孔隙径を有し、この膜を透過液が通過する。また板部材（2）も存在し、これらはその流体に対して不透過性である。いずれも３つの開口（3，4，5）を有する各板部材（1，2）の間に残留液通路（6）及び透過液通路（8）が形成されている。各残留液通路（6）は未濾過の流体のための導溝と残留液のための導溝とに連結されており、そして透過液のための導溝に対しては封止されている。各透過液通路(8)は透過液のための導溝に連結されており、そして未濾過の流体のための導溝と残留液のための導溝とに対しては封止されている。

Description

【発明の詳細な説明】 交差流式濾過に用いるフィルタ 本発明は等しい寸法のいくつかの板部材より構成され、それら板部材の間に透 過液用及び残留液用の通路が形成されている、懸濁又は乳化した物質を含む流体 の交差流式濾過に用いるためのフィルタに関する。各通路はエッジパッキンによ り封止されており、そしてそれら板部材は入口開口及び出口開口を有して各捕集 導溝を形成しており、これらを通してそれぞれ各通路へ未濾過の流体を導入し、 そして残留液および透過液を各通路から導出する。 交差流式濾過の技術は６０年代の初めにおける逆浸透圧についての発展ととも に成長し始めた。それ以来この技術は限外濾過としての逆浸透圧及びマイクロフ ィルトレーションの両方に用いられてきている。これらの目的に用いられる膜の 孔隙径は種々変化し、その際最小孔隙径は逆浸透圧用の膜に用いられ、そして最 大孔隙径はマイクロフィルトレーション用膜に用いられる。交差流式濾過におい ては流入する流れは、通常透過液及び濃縮液又は残留液と呼ばれる２つの流れに 分割される。透過液はその膜を通過してしまったフラクションであるが、一方、 残留液は膜を通過しなかったその乳化又は懸濁している物質が富化されたフラク ションである。 マイクロフィルトレーション及び粒子フィルトレーションがこれら濾過技術の 最も新しいものである。この型の膜濾過は今日、食品工業における多くの目的に おいて生成物の精製及び廃液及び副生物の回収の両方に用いられている。マイク ロフィルトレーションはまた純水の製造のためにも用いられる。 マイクロフィルトレーションのための交差流式フィルタは今日、通常はチュー ブ、「板部材及び枠」、及びスパイラルとして形成される。 醸造工業においては長らく、ビールの最終精製用に用いられている珪藻土フィ ルタに代わるものが求められており、というのは珪藻土が環境汚染とこのフィル タを操作する醸造作業員の障害とをもたらすと考えられているからである。 ビールの濾過のために用いられてきたマイクロフィルタの一つが英国特許第 2 176 715 号に記述されている。このフィルタは、より粗さの粗いセラミック物 質の物体の中の透過路の形態のセラミック膜よりなる。 ビールの濾過に伴なう１つの問題は、それらフィルタが容易に閉塞し、従って 短い運転時間の間しか使用できないことである。マイクロフィルタの閉塞を防止 する１つの方法は、このものをクリーニングするのに透過液を用いることである 。この透過液は次に短時間 の間に加圧してこれを透過液側から濃縮液側へ強制的に通過させるようにする。 このようにして運転時間が延長される。 それらマイクロフィルタの許容量を上昇させるためにこのフィルタで処理され るべき液体を、このフィルタを経る或る循環通路内で循環させる。これによる欠 点は、大量の流れをそのネットワーク内を巡ってポンプ給送するためにエネルギ ー消費量が大きいことである。その液体も望ましくない加熱にさらされるであろ う。未処理の液体はその循環通路内に加えられ、従ってその残留液の希釈がもた らされる。 本発明によって、中でもマイクロフィルトレーション又は粒子フィルトレーシ ョンのために用いる交差流式濾過のための新しい設計のフィルタが示唆される。 本発明に従うフィルタは大きな膜面積を有するけれども、所要空間が小さく、そ して主として、その流体に対して化学的及び物理的に不活性な物質の膜よりなる 板部材（膜板部材）が存在することを特徴とする。この膜は 0.1 − 50 μm の 孔隙径を有し、そしてこの膜を通して透過液が通過する。またその流体に対して 不透過性の板部材も存在する。それら板部材の各々は３つの開口を有し、それら 板部材の間に残留液通路と透過液通路とが形成されている。各残留液通路は未濾 過の流体のための導溝と残留液のための導溝とに連結 されておりそして透過液用導溝に対しては封止されている。各透過液通路は透過 液のための導溝に連結されていて未濾過の流体のための導溝及び残留液のための 導溝に対しては封止されている。各不透過性板部材には残留液通路内部の乱流度 を高める波形形状が設けられている。透過液用捕集導溝からの出口に制限部材が 設けられていてこの制限部材が透過液通路をその流体で満たして保持するような 透過液流に対してさまたげとなる抵抗を構成している。 化学的及び物理的に不活性な膜物質を使用することによってフィルタの閉塞の 危険が著しく低下する。ビール、ミルク、ジュース又はワインのような錯化合物 を含む流体を交差流式に濾過した場合には、さもなければそれら化合物が膜物質 と反応し、又はこれに結合する危険が存在し、これがクリーニングを複雑化し、 又はこれを不可能にさえする。閉塞の危険も低下してその各透過液通路が透過液 で満たされたままに保たれるようになり、このことはその膜を介しての圧力落差 が逆圧力系の支援とともに低いままに保たれることを意味する。 このフィルタは有利には、透過液通路と残留液通路との両方が膜板部材と不透 過性板部材との間に形成されているように設計される。このようにして膜板部材 と不透過性板部材とが互いに交互になる。もちろん、 これらの板部材を、２つの残留液通路が共通の１つの透過液通路を取り囲むよう に配置することも可能である。 本発明に従うフィルタの１つは有利には 0.2 ないし 10 μm の孔隙径を有す る膜物質を含む。このようなフィルタはマイクロフィルトレーションによるビー ル、ジュース及びワインの精製に好適に用いられる。比較的大きな孔隙径を有す る膜物質、粒子フィルトレーション、を用いた場合には、より多量の物質がその 膜を通過する。 不活性であって本発明に従うフィルタに使用するのに適した膜物質は、燒結さ せた金属材料、ガラス又はポリフルオロエチレン、例えばテフロン（登録商標） よりなる。燒結させたセラミック材料も使用しうる。 この膜物質は好適には、燒結させたステンレス鋼よりなり、これはこのフィル タが食品用途に用いられる場合に食品に使用することが認められている。 このフィルタの中の各板部材は種々の態様で、例えば円形や卵形に設計するこ とができるが、有利には正方形又は矩形の形状を有して各開口がこの正方形又は 矩形のエッジ部に位置している。このような配置は小さな外部寸法とともに大き な膜面積を与える。 各板部材及び各中間エッジパッキンを１つの枠の中に封入することにより、フ ィルタを一緒に保持する力 が本発明に従いその全面積にわたって分布される。 不透過性板部材には種々の態様に設計されることのできる波板形状が設けられ る。この形状は種々の形の畝及び溝、又は陥凹窪の形を有することができる。こ れは各通路内の乱流度を上昇させ、そしてこの中での圧力落差を制御する。また 各板部材はより大きな安定性をも得る。 各膜板部材はその面積の最大の部分まで膜物質よりなる。各開口は好適にはこ の部分の外側に配置されている。この板部材の断面は均質であることができ、す なわち全断面にわたって等しい孔隙径を有する膜物質よりなることができる。こ の板部材はまた、２枚または数枚の層、すなわち薄膜層で構成されていることも でき、これらはその懸濁又は乳化した物質に対する抵抗として、及び比較的大き な孔隙径を有する支持構造としての役目をする。これらの具体例のいずれにおい ても各板部材は自己支持性である。 残留液通路及び透過液通路の中の乱流度を高めるために、膜板部材として作用 する各板部材にも波板形状が設けられていることができる。それら両方の種類の 板部材を、これらが互いに突き合わされるように配置することも可能であり、こ れは各通路内の乱流度を更に高める。 このフィルタは、それぞれ異なった孔隙径を有する 膜板部材が要求に応じて異なった部分に存在しているいくつかの区画に分けて形 成されてもよい。このようにして、より大きな寸法の粒子や分子が第１区画の中 で分離され、一方、第２区画の中ではより小さな粒子が分離されることができる 。 本発明に従うフィルタにおいては流体の加熱及び／又は冷却のためのいくつか の区画が含まれていてもよい。また、このフィルタに特別に設計された中間板部 材を設けてこれを通してその流体をフィルタから導き出し、そしてポンプを通過 させてその圧力を上昇させた後、この流体をフィルタへ戻すことも可能である。 本発明に従うフィルタの１つを添付のいくつかの図面に極めて図式的に示すが 、これは例としてのみ選ばれた具体例を示すものである。 第１及び２図に本発明に従うフィルタの断面を示してある。 第３図には第１及び２図のフィルタの中の各板部材を引き離した状態で示して ある。 第４図には、流体を濾過に先立って、又は濾過の間に冷却する場合に本発明に 従うフィルタをどのようにしてそのプラントの中で使用できるかを示してある。 第５図には多数のフィルタ区画の配置が滅菌プラントにおいて示されている。 第１及び２図において、膜板部材１と不透過性板部 材２とが示されている。 第３図の II − II 線に沿うフィルタの断面図である第１図において、各入口 開口３は両方の板部材１及び２の下方の先行部分（第３図で見て）に示されてい る。これらの入口開口は未濾過の流体のための導溝を形成する。各板部材の上方 の先行部分に透過液のための導溝を形成している各出口開口４が存在する。 第３図の II − II 線に沿うフィルタの断面図である第２図において、各出口 開口５が第３図で見て各板部材の上方の後方部分に示されている。各膜板部材は 所望の孔隙径を有する膜６を備えている。不透過性板部材２と膜板部材１との間 に残留液通路６が形成されている。これらの残留液通路は、未濾過の流体のため の導溝（各開口３により形成される）と、残留液のための導溝（各開口５により 形成される）とに連結されている。各残留液通路は透過液のための導溝（各開口 ４により形成される）に対してはパッキン７により封止されている。 各透過液通路８は透過液のための導溝（各開口４により形成される）に連結さ れているけれども、未濾過の流体のための導溝に対してはパッキン９により封止 され、そして残留液のための導溝に対してはパッキン10 により封止されている 。 残留液通路及び透過液通路の両者とも、外部雰囲気 に対してはエッジパッキン 11 によって密封されている。 各不透過性板部材には残留液通路に面して波板形状（図には示していない）が 設けられている。 未濾過の流体は開口３を通ってフィルタへ流入し、そして各残留液通路６へ指 向される多数の平行流に分割される。その流れの間にその流体の１部は膜板部材 の中の膜を通過してそれぞれの膜通路８に進入する。膜を通過したこの流れは透 過液のための導溝を形成している各開口５を通って膜通路から出てゆく。流体の 残りは残留液のための導溝を形成している各開口５を通って残留液通路から出て ゆく。 透過液導溝からの出口において制限手段（図には示していない）が設けられて いる。この制限手段によって、フィルタから出てゆく透過液流は所望の程度にお いて絞りを受けることができる。この制限手段によって透過液通路は流体で満た されたままに保たれ、その圧力は制御することができる。そのようにして、膜を よぎる逆圧を所望の程度に維持することができる。 本発明に従うフィルタを形成する各板部材が第３図に示されている。この図か ら、或る隔てられたフィルタ区画の中の各末端板部材がこのフィルタ区画内の各 板部材とは異なった数の開口を有するように設計しなければならないことをも見 ることができよう。 第４図においては、未濾過の流体を濾過に先立ち、またその間において冷却す るプラントの部分を本発明に従うフィルタがどのように形成するかが示されてい る。流体の圧力はこのフィルタを通過する間に上昇させることもできる。 第５図には、透過液も滅菌され、一方、濾過の後で残留液が除去されるような プラントの中に、多数のフィルタ区画がどのように包含され得るかが示されてい る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．等しい寸法のいくつかの板部材より構成され、それら板部材の間に透過液流 用及び残留液流用の通路が形成されていてこれら通路がエッジパッキンにより封 止されており、その際それら板部材は入口開口及び出口開口を有してそれぞれ各 通路へ未濾過の流体を導入し、そして残留液及び透過液を各通路から導出する各 捕集導溝を形成している、懸濁又は乳化した物質を含む流体の交差流式濾過に用 いるフィルタにおいて、0.1 − 50 μm の孔隙径を有してその流体に対して化学 的及び物理的に不活性な物質の膜よりなり、かつこの膜を通して透過液が通過す る板部材(1)（膜板部材）と、その流体に対して不透過性の板部材(2)とが存在す ること、及びそれら板部材の各々は３つの開口（3，4，5）を有し、その際それ ら板部材の間に残留液通路（6）と透過液通路（8）とが形成されていて、各残留 液通路（6）は未濾過の流体のための導溝と残留液のための導溝とに連結され、 そして透過液用導溝に対して封止されており、一方、透過液通路（8）は透過液 のための導溝に連結され、そして未濾過の流体のための導溝と残留液のための導 溝とに対して封止されており、各不透過性板部材(2)には残留液通路（6）の内部 の乱流度を高める波形形状が設けられていること、及び透過液用捕集導溝からの 出口に制限部材が設 けられていてこの制限部材が透過液通路をその流体で満たして保持するような透 過液流に対する抵抗を構成することを特徴とする、上記フィルタ。 ２．透過液通路（8）及び残留液通路（6）の両方とも膜板部材（1）と不透過性 板部材（2）との間に形成されていることを特徴とする、請求の範囲１に従うフ ィルタ。 ３．膜物質が 0.2 − 10 μm の孔隙径を有していることを特徴とする、請求の 範囲１に従うフィルタ。 ４．膜物質が焼結させた金属材料、ガラス又はポリフルオロエチレンよりなるこ とを特徴とする、請求の範囲１に従うフィルタ。 ５．膜物質が繞結させたステンレス鋼よりなることを特徴とする、請求の範囲３ に従うフィルタ。 ６．各板部材が正方形又は矩形の形を有していること及び各開口がこの正方形又 は矩形のエッジ部に設けられていることを特徴とする、請求の範囲１に従うフィ ルタ。 ７．各板部材が１つの枠の中に封入されていることを特徴とする、請求の範囲３ に従うフィルタ。 ８．膜板部材の膜部分がその断面全体にわたって均質であることを特徴とする、 請求の範囲３に従うフィルタ。 ９．膜が一部である板部材がその懸濁及び／又は乳化 した物質に対する抵抗を構成する薄膜層と、及びその板部材の自己支持性である 部分において大孔隙径を有する支持構造とによって構成されていることを特徴と する、請求の範囲２に従うフィルタ。 １０．膜物質を含む板部材も波板形状を有して設計されていることを特徴とする 、先行の各請求の範囲のいずれか１項に従うフィルタ。 １１．フィルタ中に異なった孔隙径の膜を有する膜板部材を含む部分が存在して いることを特徴とする、先行の各請求の範囲のいずれか１項に従うフィルタ。 １２．フィルタ中にその流体の加熱及び／又は冷却のための部分が存在している ことを特徴とする、先行の各請求の範囲のいずれか１項に従うフィルタ。 １３．フィルタ中に、濾過の間のその流体の圧力を上昇させるポンプとの連結を 可能にするいくつかの板部材が存在していることを特徴とする、先行の各請求の 範囲のいずれか１項に従うフィルタ。