JP2000504275A - クロスフロー方法における薄膜フイルタのためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 システムが多数の膜モジュール（２１）を備えており、その各々が一つの膜管或いは多数の膜管を備えている。これらの膜モジュール（２１）が連続管路（通路）（４３〜４８）内で相前後して接続されており、これらの連続管路が水平な面内に存在している。多数の連続管路（通路）（４３〜４８）が垂直方向で互いに上下に設けられている。垂直方向に起立している捕集導管（２６’，４９，２７’）が濾過されるべき中間生成物の連続管路（通路）（４３〜４８）への供給とこれらの連続管路（通路）からの導出のために設けられている。この配設は特別簡単な組立てを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 クロスフロー方法における薄膜フイルタのためのシステム 本発明は、多数の膜モジュールを備えており、これらの膜モジュールが濃縮水 の貫流のために相前後して横置きで互いに結合されて連続管路(Serie) （通路） にまとめられており、かつこれらの連続管路が濃縮水を供給および導出するため の捕集導管に平行に接続されている様式の、クロスフロー方法(Querstromverfah ren)における薄膜フイルタのためのシステムに関する。 このような膜モジュールはクロスフロー濾過装置の構造要素として公知である 。クロスフロー濾過装置は圧力濾過である。この場合、濾過されるべき生成物は 所定の速度で流過方向に対して横方向で、かつフイルタ或いは濾過用膜の表面に 沿って流れる。このクロスフローはフイルタの表面上での固形物の沈積を十分に 阻止し、これによりこのクロスフローはフイルタの目詰まりを起こすことのない 長時間持続する作業時間を可能にする。 このような膜モジュールは、しばしばいわゆる管モジュール或いは毛細モジュ ールとし構成されており、これらの中に一つ或いは多数の毛細小管或いは管体が 一つの束状のユニットにまとめられている。その際、分離膜は構造様式に応じて これらの管体の内壁上に或いは外壁上に設けられている。或る実施形にあっては 、モジュール内に、１／２ツオルの内径を有する１９本の膜小管が一つの束にま とめられている。これらの１９本の膜小管を同時にかつ平行に濃縮水が所定の圧 力でもって流過する。透過水はこれらの濾過用膜を流過した後、各々の膜モジュ ールにおける二つの接続部を経て流れる。 多数のこのような膜モジュール１を備えている薄膜フイルタのための公知のシ ステムを第１ａ図に側面図で示し、第１ｂ図には第１ａ図の切断線Ｂ−Ｂに沿っ た図で示した。この場合、膜モジュール１は相前後して担持体２上に五つの連続 管路（通路）３として横置きに設けられている。各々の通路３内には、七つの膜 モジュール１が垂直な面において互いに上下に横置きされてＵ−字形の湾曲部４ により一つの連続管路に結合されている。濾過されるべき中間生成物は濃縮水と して接続部５において各々の通路３の最も下方の膜モジュール１内にポンプによ り圧入され、最上方の膜モジュール１の接続部６において通路３を去る。五つの 通路３の接続部５と６における濃縮水の供給と導出は図示していない水平に横置 きされている捕集導管により行なわれる。 膜モジュール１の接続部７からの透過水の導出のために、同様に捕集導管８− 第１ｂ図参照−が設けられている。この公知のシステムの問題点は、Ｕ−字形の 湾曲部が一方では膜モジュール１の垂直方向での間隔を決定し、しかし他方では 数ｍｍのそれらの接続の間隔の公差でしか合理的に造ることができないと言うこ とである。従って、膜モジュール１の間隔は担持体２の間隔へは適合しない。こ の担持体２の機枠における整向作業により製造のための経費は高いものとなる。 この適合問題に関する公知の解決策は第２図に明示されている。膜モジュール １と担持体２間の間隔の公差は、膜モジュール１を可撓性のあぶみ状バランサ９ 上に支承することによつて補正される。このあぶみ状バランサ９の製造、組立お よび適合もまた自体高い経費を要する作業である。この場合、更に膜モジュール １の支承は必ずしも安定したものではない。モジュールが合成樹脂或いはセラミ ック材から成るので破壊の危険が伴う。担持体２の間隔があぶみ状バランサ９で は十分に正確に適合されないか、或いは膜モジュール１の軸が十分に平行でなか った際、フランジ結合部が封隙されず、そのパッキンが損傷されてしまう。この ことは造られるフランジ結合部の数が少なくとも１６０よりも大きいほどますま す大きくなる。 こう言ったことから、本発明の根底をなす課題は、上記の問題を徹底的に排除 することである。 本発明によりこの課題は、冒頭に記載したシステムにあって、各々の連続管路 （通路）の膜モジュールを少なくとも一つの面において水平に互いに並列して横 置きに設けることによって解決される。 このシステムは、膜モジュールの多数の連続管路（通路）の水平な面が垂直方 向で互いに上下に設けられれるように、かつ連続管路（通路）の濃縮水の供給お よび導出のための捕集導管が垂直方向に起立して設けられように構成するのが有 利である。 その際、少なくとも一つの連続管路（通路）、即ち膜モジュールが二つの垂直 方向で互いに上下に存在している面内に設けられていること、二つの膜モジュー ル間の下方の面の上方の面に対する結合が傾斜しているＵ−字形湾曲部により行 なわれると言う特徴が得られる。 優れた実施形にあっては、濃縮水の供給および導出のための捕集導管が、捕集 された固形物（沈降物）のための排出装置を備えている。 このシステムの他の実施形は請求の範囲に記載した。 薄膜フイルタのための本発明によるシステムは、膜モジュールの連続管路が垂 直方向で設けられている公知の装置に比して、付加的に更に、各々の連続管路（ 通路）内の膜モジュールの数を多くすることができ、しかも単純な担持機枠だけ でこのような付加的な膜モジュールのために十分なリザーブスペースが得られる ので、付加的な担持アームを必要としないと言う利点が得られる。 本発明による実施例を以下の明細書および図面により詳細に説明する。 第１ａ図と第１ｂ図は薄膜フイルタのための公知のシステムの側面図と部分断 面図、 第２図は可撓性のあぶみ状バランサ上の膜モジュールの公知の支承状態を示し た図、 第３図は垂直方向で並列して設けられている膜モジュールを備えている薄膜フ イルタのための本発明によるシステムの正面図、 第４図は第３図の切断線Ａ−Ａに沿ったシステムの部分断面図、 第５図は第４図よる担持体上での膜モジュールの支承を示した図、 第６図は膜モジュールの連続管路（通路）の捕集導管で結合されている二つの 群を備えている本発明によるシステムの正面図、 第７ａ図、第７ｂ図および第７ｃ図は薄膜フイルタのための膜モジュールの本 発明による配設の図。 第３図と第４図は、本発明によるシステムを、第３図の切断線Ａ−Ａに沿った 正面図と側面で図示している。担持機枠１０は六つの対の担持ロッド１１を備え ており、これらの担持ロッドは互いに平行に六つの水平な面内に、そして垂直方 向で互いに上下に設けられている。対の担持ロッド１１の各々の上には、第１ａ 図による公知のシステムにおいて垂直方向に起立している連続管路（通路）３に 類似して、平行な管状の膜モジュール２１の連続管路（通路）１３，１４，１５ ，１６が水平にかつ横方向に設けられている。第５図は担持ロッド１１上の膜モ ジュール２１の支承様式の詳細を示している。第２図に示した高さ調節可能なあ ぶみ状バランサ９を備えている公知の支承様式と異なり、第５図による支承様式 にあっては、膜モジュール２１と担持ロッド１１間の単純な弾性的な中間層３５ で十分である。 第３図に示されているように、膜モジュール２１は、それらの端部においてＵ −字形湾曲部２４により連続管路（通路）１３，１４と結合されている。下方の 連続管路１３はその上方に存在している連続管路１４と、傾斜しているＵ−字形 湾曲部２４’を介して結合されており、従って全体的な連続管路（通路）が形成 され、この全体的な連続管路（通路）の部分１３，１４は垂直方向に互いに上下 に存在している二つの面内に設けられている。連続管路１３，１４，１５，１６ 内の三つの傾斜しているＵ−字形湾曲部２４’の面は水平面と６０゜の角度を形 成している。特別コンパクトな構造様式にあっては、この角度もまた６０゜より 小さい。 第３図および第４図から認めることができるように、このようなシステムは全 体として、それぞれ二つの部分を備えている三つのこのような全体的な連続管路 １３，１４，１５と１６を有している。濾過されるべき中間生成物、例えば果汁 は、接続部２５と垂直な捕集導管２６とを介してそれぞれこの捕集導管に接続さ れている、連続管路（通路）１３，１４，１５，１６の下方の部分１３の第一の 膜モジュール２１内に達する。これらの通路を流過した後この中間生成物は、濃 縮水として、上方の部分連続管路１４のそれぞれ最後の膜モジュール２１からこ れに接続されている垂直な、この濃縮水を導出するための捕集導管２７に達する 。この濃縮水流内の固形物の均一に配分を保証するために、捕集導管２６がその 入口の下方において静圧混合機３４を備えている。 第４図の切断線Ａ−Ａに沿った部分断面において、垂直な捕集導管２６，２７ が相前後して設けられている。第４図において捕集導管２６がその直ぐ後方に起 立している捕集導管２７を覆ってしまって見えないようになるの避けるため、こ こではこの捕集導管２６の接続部２５のみを示した。第３図に示されているよう に、切断面Ａ−Ａは捕集導管２６，２７の間で図面の面に対して垂直方向で指向 しており、連続管路の中央の手前でこの連続管路（通路）の下方の三つの部分１ ３の第一のＵ−字形湾曲部２４と交差している。これらのＵ−字形湾曲部２４と の交差は第４図において参照符号２４”で示した。 自体公知の膜モジュール２１の各々は透過水を導出するための二つの連通開口 を備えており、これらの連通開口は第４図において矢印２９，３０で示した。第 ３図において、前方で存在しているこれらの連通開口２９は透過水捕集導管３１ に供給を行うように膜モジュール２１に通じており、後方に存在している連通開 口３０は透過水捕集導管３２に給水を行うように通じている。これらの六つの透 過水捕集導管３１は他の捕集導管３１’に通じており、これらの六つの捕集導管 ３２は他の捕集導管３２’に通じており、これらの二つの捕集導管でシステムは 終わっている。 膜モジュール２１の上記の水平な位置は明らかに、濃縮水捕集導管２６，２７ の多少垂直な位置を条件とする。このように配向された捕集導管内にあっては、 濃縮水流が中断した際、この濃縮水流から固形物粒子が不均一に沈積し、これら はプラントを再始動させた際膜モジュール２１内の個々の膜小管を目詰まりさせ る。この欠点は第３図に示した実施例にあっては、濃縮水捕集導管２６の下端部 に示した排出弁３３によって排除される。試験の結果、濃縮水流の中断の後、沈 降した固形粒子の排出により或いはポンプによる圧出により、再始動が障害を伴 うことなく行うことが可能であることが分かった。このようにして、膜モジュー ルの水平方向での位置が不利であると言う公知の偏見は克服された。 第６図による薄膜フイルタのためのシステムの実施形にあっては、既に第３図 に関して述べた構造要素が相応する参照符号を有している。この第６図により、 担持機枠１０の対の担持ロッド１１上には、膜モジュール２１の六つの連続管路 （通路）４３〜４８が垂直方向で支承されている。その際、これらの膜モジュー ル２１は、第３図によるシステムにおけると同様にＵ−字形湾曲部２４を介して 結合されて連続管路に形成されている。濃縮水接続部２５から、通路４３，４４ ，４５が供給捕集導管２６’を介して濃縮水で負荷される。その貫流の後、濃縮 水は他の捕集導管４９を介して通路４３〜４５から導出され、同時に通路４６〜 ４ ８に供給される。 最後に、通路４６〜４８から濃縮水を導出のための捕集導管２７’が設けられ ている。第６図によるシステムにおいては、濃縮水の導出のための捕集導管は、 第３図におけるシステムに相当しているが、しかし第６図には一緒に示さなかっ た。 化学、調剤、食品加工、、排水処理等の領域における果汁或いは排水のような 固形物を含んでいる液体を、第３図による捕集導管２６，２７を介して、或いは 濃縮水のための第６図による捕集導管２６’，２７’，４９を介して管導管に平 行して供給することは、公知のように、接続されているすべての平行導管におけ る等しい供給流と排出流を保証する際に或る問題を提起する。しかし、薄膜フイ ルタのためのこのシステムの上記の優れた実施形にあっては、自体公知の、しか し図示していない案内部材を濃縮水のための捕集導管内に使用することにより、 上記の流れの問題が回避される。このことは、濃縮水内の固形物の分配の均一化 のために第３図と第６図における静圧混合機３４を使用した際により以上に回避 される。 第３図から第６図による上記の実施形は、膜モジュールのすべての連続管路（ 通路）を有しており、これらの連続管路は水平方向で互いに並列して設けられて いる。第７ａ図は五つのＵ−字形湾曲部２４で結合されている六つの膜モジュー ル２１を備えているこのような通路４３の上方からの概略図である。各々七つ当 たりの膜モジュール２１のためのこのような五つの通路４３の概略正面図は第７ ｂ図に示されている。これらの通路４３の水平面は垂直方向で互いに上下に設け られており、かつ水平な二つの捕集導管２６’，４９を介して濃縮水が供給され る。第７ｃ図は、捕集導管２６’，４９，２７’を介して供給が行なわれる膜モ ジュール２１の全部で１０の通路４３を備えているシステムの概略正面図である 。五つの上方の通路４３を垂直方向で五つの下方の通路４３上に設けた場合、既 に述べた第６図による上記のシステムが得られる。 当業者にとって薄膜フイルタのための多数のシステムの配設が得られ、これら はすべて請求の範囲の枠内に入る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多数の膜モジュール（２１）を備えており、これらの膜モジュールの各々が その膜管の壁が分離膜の機能を有している一つの膜管或いは多数の膜管の束、 並びにこれらの膜管を収容し、濃縮水としての濾過されるべき中間生成物を供 給しかつ導出するための、そして透過水として濾液を導出するための管状モジ ュールハウジングを備えており、この場合各々の膜モジュール（２１）が濃縮 水を供給しかつ導出するためのそれぞれ一つの結合フランジ並びに透過水を導 出するための少なくとも一つの他の連通開口（２９，３０）とを備えており、 この場合膜モジュール（２１）が濃縮水が流過するための連続管路（通路） （１３，１４，１５，１６，４３〜４８）内で横置きの状態で相前後して互い に結合されており、これらの連続管路が濃縮水を供給しかつ導出するための捕 集導管（２６，２７，２６’，２７’，４９）に平行に接続されている様式の 、クロスフロー方法による薄膜フイルタのためのシステムにおいて、 各々の連続管路（通路）（１３，１４，１５，１６，４３〜４８）の膜モジュ ール（２１）が少なくとも一つの面内において互いに並列して水平横置きの状 態で設けられていることを特徴とするシステム。 ２．膜モジュール（２１）の多数の連続管路（通路）（１３，１４，１５，１６ ，４３〜４８）の水平な面が、互いに上下に垂直方向で設けられていること、 および連続管路（通路）に濃縮水を供給しかつこれらから導出するための捕集 導管（２６，２７，２６’，２７’，４９）が垂直方向に起立して設けられて いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシステム。 ３．膜モジュール（２１）の少なくとも一つの（通路）（１３，１４）が垂直方 向で互いに上下に設けられている二つの面内に設けられていること、および二 つの膜モジュール（２１）間の上方の面に対する下方の面の結合が傾斜してい るＵ−字湾曲部（２４）によって行われていることを特徴とする請求の範囲第 ２項に記載のシステム。 ４．傾斜しているＵ−字湾曲部（２４’）の面が水平な面と共に最大６０゜の角 度を形成していることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のシステム。 ５．膜モジュール（２１）の水平な面が互いに上下に垂直方向で設けられている 連続管路（通路）が、連続管路の多数の群（４３，４４，４５と４６，４７， ４８）を形成しており、この場合群（４３，４４，４５）の濃縮水を導出する ための垂直な捕集導管（４９）が他方の群（４６，４７，４８）への濃縮水の 供給のために働くように構成されていることを特徴とする請求の範囲第２項に 記載のシステム。 ６．濃縮水を供給しかつ導出するための捕集導管（２６，４９）が捕集された固 形物（沈降物）のための排出装置（３３，３３’）を有していることを特徴と する請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載のシステム。 ７．濃縮水を供給しかつ導出するための捕集導管が当該捕集導管に接続されてい るすべての連続管路（通路）における等しい流入と流出とを確実にするための 案内部材を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのい ずれか一つに記載のシステム。 ８．濃縮水を供給しかつ導出するための捕集導管（２６，２６’）が濃縮水流内 の固形物の一様な配分を保証するために静圧混合機（３４）を備えていること を特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載のシステ ム。 ９．膜モジュール（２１）が直接設けられている担持手段（１１）を備えている ことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載のシ ステム。 10．膜モジュール（２１）が弾性的な中間層（３５）を介して設けられている担 持手段（１１）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項ま でのいずれか一つに記載のシステム。 11．膜モジュールの他の連続管路（通路）のための自由リザーブ場所を備えてい る膜モジュール（２１）のための担持手段（１１）が設けられていることを特 徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか一つに記載のシステム。