JPS5884008A - 薄膜濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は限界濾過、微小濾過或は逆浸透用薄膜濾過装
置に関する。さらに詳しくは、この発明は版型薄膜濾過
装置、即ち多数の実質的に平面状の薄膜要素が薄膜支持
装置および薄膜密封装置を有する積層状に合体保持され
、かつ濃縮物用の流路が薄膜要素の一方の側に形成され
かつ濾過液収容室が薄膜要素の他方の側に配設される型
式の薄膜濾過装置に関する。

工業上用いられている限界濾過作業において、薄膜表面
に沿った対流が最高の可能な生産性を達成するために、
即ちこの薄膜を通して最高の可能な流動率を得るのに実
施された。ゆえに、この薄膜装置は流入部から流出部へ
濃縮物側の対流を対象にして常に設計された。層流区域
内におけると同様に乱流区域内の濃縮流について、流動
率は流速の増加に伴い一定に増大する。増大した流速は
定常的にポンプ動力の増加を要し、工業用薄膜モジュー
ルの寸法法めは常に流動率に対する所要動力の平衝を意
味する。

増大する流動率がポンプ能力の急激な増大を要求すると
いう事実に対する主要な理由は、所謂濃縮物の分極化即
ち流路の中心部分内よりも高い濃度の除去物質の層が薄
膜表面に沿って形成されることにある。乱流区域内にお
いて、この濃縮物の分極化は流速を増大することによっ
て減少もしくは排除できる。しかし、動力要求は増大流
動率の形成に際して得られる能力に比して極めて急速に
増大するから、工業上の利用性に対し処理面での経済性
を向上する最大の可能性は薄くかつ好ましくは短い流路
内の層流分野において得られるものと思われ、これによ
ってポンプ動力の優れた利用性が達成される。

層流域において、濃縮物分極化は流体と薄膜表面との間
の剪断力を増大することによって減少される。この剪断
力は一方において流路の高さを減少することによって、
および他方において流速を増大することによって増大で
き゛る。さらに、濃縮物分極化は流路長さの増大につれ
て増大し、従って短い平行流路を目的とすべきである。

現在の版型限界濾過装置において、流路を伸長すること
は、濃縮物の流れを薄膜表面の一端の１つ或は１組の流
入部から薄膜の他端の１つ或は１組の流出部へ実質的に
一方向に配向するか或は固形板型装置の場合には中心か
ら外周へ、或はその逆方向へ配向することによって板の
形状およびサイズと関連させる。これによって、流路長
さは板要素の長さ或は半径と直接に関連させることがで
きる。

板要素、濃縮物および濾過液流出部用の流入ポートおよ
び流出ポートを密封および位置決めする装置は最小限の
空所を必要とするから、濃縮流用の短い流路使用薄膜表
面の不適切な利用を意味する０これとは別に、これに反
しもし利用可能な薄膜表面の優れた利用を提供するなら
ば、長い流路の使用に対しては流動方向への濃縮物分極
化の増大という上記不利点とは別に、争位長さ当りの大
きい圧力降下にもとづいて実際の上限に極めて速かに到
達する。故に、版型の限界濾過装置のモジュールは数デ
シメートルから数メートルの間で変動する流路長さを市
場においてあられすことは過熱のことではない。

また小さい薄膜表面をもつ版型装置は、大きい割合の受
動薄膜表面を提供すること・とは別に、設備運用上の危
険を増大する濾過面積当り長い密封区域を必要とするこ
とが判る。

この発明によれば、薄膜要素のサイズと流路の長さとの
間の相互依存性を無くすことができかつ短い流路、太さ
い薄膜要素および薄膜表面当りの短い密封区域等の所望
の特色を組み合わせることができる版型装置が得られる
◇ この発明によれば、２つの対向する抱壁要素間に合体保
持された薄膜要素の積層を含み、濾過される流体用の流
路が薄膜要素の一方の側に形成されかつ濾過７液収容室
が薄膜要素の他方の側に形成されるように薄膜支持装置
および薄膜密封装置が配置され、さらに前記流路を通り
薄膜要素に沿った前記流体の流れを生せしめるため前記
流路と連通ずる流入ポートおよび流出ポートと、前記濾
過液収容室と連通ずる濾過液流出部とを含む薄膜濾過装
置であって、前記流入ポートが前記流出ポートと同様に
、積層および薄膜要素を通して横方向に延びる多数の導
路によって形成されかつ濾過液収容室に対して密封され
、前記導路が薄膜要素の実質的に全作用面積にわたって
分布されこれによって少くとも各線なし流入ポートが好
ましくは該流入ポートに対し等距離に隣接配置された複
数の流出ポートによって囲まれ、かつ少くとも各線なし
流出ポートが好ましくは該流出ポートに対し等距離に隣
接配置された複数の流入ポートによって囲まれ、これに
よって流路の長さが薄膜要素のサイズおよび幾何学形状
に関係なく、かつ１つの流入ポートと前記隣接流出ポー
トとの間の流動距離に制限されることを特徴゛とする薄
膜濾過装置が提供される。

版型の普通の薄膜モジュールにおけるように薄膜要素の
幾何学形状に対して流入部および流出部を中心位置に置
かずに、多数の流入および流出開口は、この発明によれ
ば全薄膜表面にわたって成る種のパターンをもって分布
される。この発明の好適実施例において、薄膜要素は２
つずつ接合されて前記開口を囲み一対の要素によって包
囲された濾過液収容室に対し密封された導路部分を形成
する。薄膜を通る孔の密封は溶接、にかわ付は或は機械
的密封手段によって実施される。要素対が、各要素対の
前記導路部分を互いに整合させて積層を通る流入および
流出ポートを形成するように積層内に配置される。支持
構造体を濾過液収容室或は薄膜要素対間の空所手段内に
配置することによって適切な形状と流路高さをもつ濾過
液収納室が前記流入ポー゛トおよび流出ポートと自′由
連通状態で提供される。

この発明の特徴および利点を図面を参照しつつこの発明
の若干例の実施例を用いて以下にこの発明を説明するが
、ここに掲げた実施例はあくまで説明のためのものでこ
の発明を限定するものではない。

第１図乃至第３図において、円形の流入および流出ポー
トが薄膜の全表面にわたって完全に対称的に分布されて
いる。流入ポートは十符号で、流用ポートは一符号であ
られされる。２つの薄膜要素１，２は導路部分３を形成
するために成る種のパターンに従って薄膜を通して提供
されｈ多数の孔（＋、−）まわりに互いに２枚合せで接
合され、導路部分は有孔支持構造によって薄膜１，２間
に形成された濾過液収納室４に対し密封される。支持構
造体の突出部５は流入ポートと流出ポートとの間の区域
内で連続する二対の薄膜１，２間の接触用の支持点を形
成する。濾過液収容室４は有孔支持構造を介して薄膜層
の周辺に設けられた濾過液流出ポート６と接続される。

濾過液収容室４はさらに、例えば薄膜縁部における有孔
構造を成る種の密封材料と置換する等によって任意便宜
な方法（図示せず）で、積層の縁部に沿って密封するこ
とができる。

２つの連続する薄膜対１，２間に濃縮物通路７が形成さ
れ−る。缶縁無し流入ポート（＋）からこれを取囲前４
つの対称配列の流出ポート（−）に向って４つの異る主
方向に均等流路７が提供される〇各線無し流出ポート（
−）は同様に４つの流入ポート（＋）によって対称に囲
まれそれらの流入ポートから４つの均等流路７を通っ゛
て濃縮物を受は入れる。支持点５が２つの隣接する対角
流入ポートと２つの隣接する対角流出ポートを四隅とす
る正方形の中心、即ち前記正方形の四辺に沿った主流方
向をもつ４つの流路７を通る濃縮物の流れ間の「区分点
」に位置する。

第１図および第３図による実施例において、各流路７の
使用流路幅は流入ポート（十）と流出ポート（−）との
間の中間区域において最大でかつポートに近くにおいて
小さい。全使用流路幅にわたって最適の流量分布を得る
ために、流路７は第３図から理解されるように、流入お
よび流出ポートに近い流路の部分において大きい通路高
さを、また流路の中間部分において小さい通路高さをも
つように設計される。第３図において、この拡大図では
構造が可成り誇張して示されている。実際には流路７の
高さは０．０５〜０．５ｍｍの範囲にあり、かつ各薄膜
対１，２の厚さは０．５〜２ＩＩｍの範囲にある０ 流入ポートおよび流出ポートの断面積は本装置の流入お
よび流出部間の主要圧力降下は連続する薄膜対１．２間
に形成された流路７において得られるように寸法づけら
れる。もし成る開口面積をもつ積層内の成る数の薄膜対
に対し、積層の一端から凝縮物を給法するとき流入ポー
トおよび流出ポートにおいて過度に高い流動抵抗−力Ｓ
生ずれば、凝縮物を給送および排出する接続板を積層の
両端に配設する。このような接続板はまた積層内にも設
けることができ、これによってこの接続板の相互の側部
に配置された両方の積層部分を助ける。

第４図は薄膜用の支持点を提供しかっ流路７に対する好
適な流路高さを得る別の方法を示す０網目構造８，９は
各薄膜対１，２間に配置される。

網目線８を一列の流出ポート（−）に沿って配列しおよ
び網目線９を一列の流入ポート（＋）に沿って配列する
ことによって、流路７内の濃縮物流れの攪乱を最小にさ
せる。

第５図は第１図乃至第３図による薄膜積層の一端におい
て流量を接続するように設計された接続板１０を示す。

一連の平行溝が平行な流出ポート（＋）列と合致して配
置される。第１対の薄膜１゜２に対し密封するために流
入および流出するポートと合致する孔を有する平坦な中
間板が外側薄膜と接続板との間に固定される。溝１１が
板１０の２つの縁部に深い溝１２を有し、これらの溝は
濃縮物流入部１３と連通ずる。同様に、流出ポート（＋
）は中間板（図示せず）の孔を通して別組の平行溝１４
と連通し、これらの溝は板１０の残りの２つの縁部に沿
って深溝１５を介して凝縮物流出部１６に接続する。別
の溝１７が板１０の一方の縁部に設けられて前記中間板
を介して濾過液流出ポート６を濾過液流出部１８に接続
する。

もち論、接続板１０および前記有孔性平坦中間板は積層
を通して流入および流出ポートと合致する孔を有する一
方の板に結合される。接続板の相互の側部に積層の２つ
の部分を形成するために積層内に配設される接続板或は
板組立体は板肉に設けられた通路ノステムおよび流入お
よび流出ポートと合致する板の両側における開口によっ
て流入および流出ポートと好適に接続され、前記通路ノ
ステムはさらに凝縮物用流入部および流出部に接続され
る。

第６″図はこの発明の別の実施例を示す。各薄膜要素は
多数の細長い平行な開口２０．２１を有し、各第２開口
２０は流入ポートを形成し、および各第２開口２１は、
流出ポートを形成し、これにより濃縮物を、本質的に相
反する２つの方向に縁なし流入ポートから２つの周囲の
流出ポート２１に分配する。流入ポート２０と流出ポー
ト２１との間には濃縮物用の流路２２が設けられ、この
流路内に支持点２３が互いに適当な間隔で配置される。

上述の実施例において見るように、薄膜は前記開口２０
．２１まわりに適切に接合されて相互間番こ前記濃縮物
流路に対して密封された濾過液収容室を形成し、この濾
過液収容室は積層の周辺におｌ、Ｎて濾過液流出ポート
２４と接続される０流動、ＮＯターンを本質的に変更せ
ずに、細長い流入および流出ポートは薄膜を通る円形状
が好適な開口列１こよって置換でき、これらの開口は隣
接する列間の距離よりも本質的に短い相互間の距離をも
って配置される。上述の実施例によれば、２組の平行溝
が設けられ、その麺２のものはそれぞれ流入ポートと連
通しかつ残りの溝は流出ポートと連通する。

実施例として上記しかつ特許請求の範囲に規定される実
施例から、多種多様の流入および、流山ポートのパター
ンがこの発明の範囲内で設計できることが明らかである
。これらのすべての、ＮＯターンに共通する特色は、１
つの流入ポート力）らこれを囲む複数の流出ポートウの
２つの薄膜要素間曇こおける濃縮流用の成る特定の流動
、ｆターンは薄膜全表面の一部分内で区別でき、かつこ
の流動ノくターンは薄膜表面の残余の部分の上に数回反
覆され、これによって所望の短い長さの濃縮物流路が薄
膜要素のサイズおよび形状とは全く無関係に得られるこ
とである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による薄膜層を通り薄膜要
素と平行に切断した部分断面図、第２図および第３図は
第１図と同一の薄膜層の薄膜要素と垂直な部分断面図、
第４図は第２図および第３図に示す支持構造とは別の支
持構造の薄膜要素と平行な部分断面図、第５図は第１図
乃至第４図に示す薄膜層への結合板を示し、第６図はこ
の発明の別の実施例による薄膜層を通り薄膜要素と平行
な部分断面図を示す。 １．２：薄膜 ３：４路部分 ４：濾過液収容室 ５：突出部 ６：濾過液流出ポート ７：流路 ８：網目線 ９：網目線 １０：接続板 １１：溝 １２：深溝 １３：濃縮物流入部 １４：平行溝 １５：深溝 １６：濃縮物流出部 １７：溝 １８：濾過液流出部 ２０：開口 ２１：開口 ２２：流路 ２３：通路支持部 ２４：濾過液流出ポート

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの対向する端壁要素間に合体保持された薄膜
   要素（１，２）の積層を含み、濾過される流体用の流路
   （７）が薄膜要素の一方の側に形成されかつ濾過液収容
   室（４）が薄膜要素の他方の側に形成されるように薄膜
   支持装置および薄膜密封装置が配置され、さらに前記流
   路（７）を通り薄膜要素（１１２）に沿った前記流体の
   流れを生ぜしめるため前記流路（７）と連通ずる流入ポ
   ートおよび流出ポートと、前記濾過液収容室と連通ずる
   濾過液流出部とを含む薄膜濾過装置において、前記流入
   ポート（＋）が前記流出ボート（−）と同様に、積層お
   よび薄膜要素（１、２）を通して横方向に延びる多数の
   導路によって形成されかつ濾過液収容室（４）に対して
   密封され、前記導路が薄膜要素の実質的に全作用面積に
   わたって分布されこれによって少くとも各縁無し流入ポ
   ート（＋）が好ましくは該流入ポートに対し等距離に隣
   接配置された複数の流出ボート（−）によって囲まれ、
   かつ少くとも各縁無し流出ボートが好ましくは該流出ボ
   ートに対し等距離に隣接配置された複数の流入ポートに
   よって囲まれ、これによって流路（７）の長さが薄膜要
   素のサイズおよび幾伺学形状に関係なく、かつ１つの流
   入ポート（＋）と前記隣接流出ポート（−）との間の流
   動距離に制限されることを特徴とする薄膜濾過装置。
2. （２）　　多数の開口（＋、−）が各薄膜要素を°通っ
   て設けられかつ該要素の本質的に全作用面積にわたって
   成るパターンに従って分布され、薄膜要素（１，２）が
   前記開口（＋＋）まわりの要素対に接合されて濾過液収
   容室に対し密封された導路部分（３）を形成し、前記導
   路部分が前記要素対（１，２）の両側の流路（７）と自
   由連通すること、および前記要素対が別の要素対の前記
   導路部分（３）を互いに整合させて積層配置されて積層
   を通る前記導路を形成することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の薄膜濾過装置０
3. （３）薄膜要素（１，２）が前記側口（＋、−）まわり
   において互いに強固に接合されて溶接またはにかわ。付
   けによって前記導路部分（３）を形成する仁とを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の薄膜濾過装置。
4. （４）前記流入ポート（＋）および流出ポート（−）が
   、１つの流入ポート（十）から本質的に４つの異る主方
   向へ該流入ボートを皐り囲む４つの流出ポート（−’）
   に流体を分配しかつ１つの流出ポート（−）を通してこ
   れを取り囲む４つの流入ボートからの流体を排出するた
   めに薄膜要素の表面に亘って分布されるととを特徴とす
   る特許請求の範囲上記各項のいずれか１項記載の薄膜濾
   過装置。
5. （５）１つの流入ポート（＋）からこれを覗り囲む前記
   流出ポート（−）の１つへ２つの゛隣接する要素間に形
   成された濾過される流体用の流路（７）が、流入および
   流出ポートの近くに位置する流路の部分において大きい
   流路高さおよび流路（７）の中間部分において小さい流
   路高さをあられすことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の薄膜濾過装置。
6. （６）前記導路（２０，２１）　　が本質的に互いに等
   間隔をもって薄膜要素にわたって分布された多数の列を
   もって配置され、各争−の列が嗅−の細長いポート或は
   前記２つの列間の距離よりも本質的に短い相互間の距離
   をもつ複数のポートを含み、これによって縁無し流入ポ
   ート列４２０）が本質的に２つの相反する方向に流出ポ
   ートへの流体分配するため２つの流出ポート列によって
   囲まれ、かつ縁無し流出ポート列（２１）が本質的に２
   つの相反する方向から流入ポートから流入する流体を受
   は入れるために２つの流入ポート列（２０）によって囲
   まれることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
   項のいずれか１項記載の薄膜濾過装置。
7. （７）相互間に前記流路を形成する隣接薄膜要素が支持
   点（５，２３）において互いに直接に接触され、前記支
   持点が２つの薄膜要素間に設けられた支持構造体の突出
   部によって形成され、該支持点が相互間において前記濾
   過収容室（４）を包囲することを特徴とする特許請求の
   範囲上記各項のいずれか１項記載の薄膜濾過装置。
8. （８）網状の支持構造（８，９）が２つの隣接する薄膜
   要素間に配置され、該支持構造間に前記流路（７）が形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ６項のいずれか１項記載の薄膜濾過装置。
9. （９）積層が本質的に平行な多数の通路（１１，１４）
   を有する少くとも１つの接続板（ｌＯ）を含み、その各
   第２通路（１１）が一群の流入ポート（＋）を前記流体
   用の１つの流入部（１３）と並列番こ接続する分配通路
   システムの一部であり、かつその各第２通路１４が一部
   の流出ポート（−）を前記流体用の１つの流出部（１６
   ）と並列に接続する集収通路システムの一部であり、各
   前記通路が通路に沿って配置された１列の流入ボート或
   は１列の流出ポートを接続するため前記導路と合致する
   開口を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第５項のいずれか１項記載の薄膜濾過装置。 α１　少くとも１つの接続板が積層内に提供され、該接
   続板が両側に、２つの異る接続板の相互部分に配置され
   た積層部分用の接続開口を具備することを特徴とする特
   許請求の範囲上記各項のいずれか１項記載の薄膜濾過装
   置。