JP7232828B2 - 一体型膜モジュールラック - Google Patents

Description

明細書
本発明は、複数の垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる少なくとも１つの列を備える流体処理システムに関し、
各円筒形濾過モジュールは、上端部、下端部、及びシェル内部を備える円筒形シェルと、円筒形シェルの上端部及び下端部にそれぞれ結合された上部ヘッダ及び下部ヘッダとを有し、
中空糸膜の束がシェル内部に配置されており、中空糸膜の端部は、上部チューブシート及び下部チューブシート内に埋め込まれており、上部チューブシート及び下部チューブシートは、外部濾液スペースが中空糸膜の周囲に形成され、外部濾液スペースが、上部チューブシート、下部チューブシート及び円筒形シェルの内側表面の間に広がるように円筒形シェルの内側表面に液密に封着されている。

この種の流体処理システムは、例えば、水及び廃水処理のための施設、又は工業プラントにおいて使用される。膜の種類に応じて、液体、特に水は、膜壁を通して濾過することによって粒子及び溶解物質が除去される。塩などの溶解物質を分離することも可能である。濾過プロセスは、単純かつ安全であり、化学物質を添加することがなく、エネルギー消費はほとんどない。通常、ハウジングとしての細長い中空円筒シェルと、この円筒形シェルの内側に配置され、この中空円筒の長さに沿って延びている中空糸膜の束とを含む濾過モジュールが使用される。液体の濾過に使用される中空糸膜は、多孔質半透過性壁構造を有してもよく、濾過対象液体は、膜の種類及び特定の用途に応じて、中空糸膜の管腔から外側又はその逆のいずれかで膜壁を通過する。

濾過モジュールは、濾過対象液体が通過するパイプラインに一体化されている。流体処理システムの所望の処理能力を達成するために、いくつかの濾過モジュールが列に接続され、濾過モジュールのいくつかの列が並列に配置されている。流体処理システムの濾過モジュールは、ラック内で縦に並べて配置され、各濾過モジュールの端部は、端部キャップ又はヘッダによって閉じられ、接続パイプが、そこから分岐して、濾過モジュールからなる列に沿って延びている収集パイプに開口している。既知のシステムの欠点は、濾過設備の設計に非常に大きなスペースが必要であり、接続パイプを関連する収集パイプに接続するために、多くの場合、パイプ連結具などの多数の接続構成要素が必要となることである。

国際公開第２０１３／０４８８０１号は、収集ダクト又はマニホールドによって互いに流体接続された複数の濾過モジュールを備える流体処理システムに関し、ここでは、濾過モジュールが、大きなアレイを形成するバンク又は列になるように配置されている。国際公開第２０１３／０４８８０１号は、一般的な濾液移送マニホールド、流体移送マニホールド、及び流体制御マニホールドが、濾過モジュールからなる列同士の間に配置されていることを開示している。米国特許出願公開第２００３／００３８７５号は、濾過モジュール構成に関し、この構成では、逆洗によって使用中に本構成の中空繊維モジュール内に堆積した原水の懸濁物を除去することが可能となる。米国特許出願公開第２００３／００３８７５号の濾過モジュール構成は、原水供給パイプ、空気供給パイプ、排水パイプ、及び吐出パイプが濾過モジュールからなる列同士の間に配置された状態で列に構成された複数の濾過モジュールを備える。

欧州特許第０５２５０９６号は、膜フィルタカートリッジ及びフィルタカートリッジアセンブリを開示しており、カートリッジは、クロスフロー濾過に適用するために列に配置されている。本文書に開示されたカートリッジは、カートリッジの端部に技術的に複雑なヘッダを有しており、このヘッダは、原料の供給と濃縮物及び濾液の排出とを組み合わせてフィルタカートリッジに対してそれぞれ入れたり出したりするためのものであり、このヘッダを用いて、フィルタカートリッジ同士を接続して列を形成する。

米国特許第５０９４７５０号は、ケーシング内に中空繊維の束を有する流体フィルタに関する。ケーシングの一端に、移送ヘッダが存在しており、この移送ヘッダは、その内部を通るように原料供給通路を有し、またケーシングに及び繊維の外部に原料供給するための排出ポートを有する。移送ヘッダはまた、その内部を通り、繊維の開放端と連通した濾液通路を有する。移送ヘッダは、そのヘッダの側部にオフセット部分を有し、このオフセット部分はフィルタのケーシングを越えて延びており、オフセット部分は上記原料供給通路を収容している。上記濾液通路は、ヘッダの上部分の内部を通って延びている。複数の流体フィルタが一緒に組み立てられ、フィルタユニット列を形成し、フィルタユニットはそれらの移送ヘッドを介して互いに接続されている。

ドイツ実用新案第２０２００４００２８３５号は、濾過モジュールからなる平行な列を備える濾過システムを示し、接続パイプが、濾過モジュールの面上に同軸で配置され、それらの接続パイプは、屈曲部を越えて、濾過モジュールからなる列同士の間の中央収集ラインにそれぞれつながる。濾過モジュールとより小径の同軸出力接続管との間の移送のために、漏斗状のエンドキャップが設けられており、これは、パイプ継手を介して濾過モジュールに取り付けられている。この接続法は、かなりの多数の個別の構成要素を必要とし、設置が複雑である。

欧州特許第１７４３６９０号は、フィルタモジュールからなる列を含む水濾過システムを開示している。各列のフィルタモジュールは、濾過対象液体及び濃縮物用の水平液体収集パイプによって上下において連結されている。各フィルタモジュールは、上部に濾液用の分岐パイプを有し、それらの分岐パイプが、隣接する列の隣接するモジュール同士の間で延びている。フィルタモジュールからなる列同士の間のこれらの分岐パイプは、２つの隣接する列に共通の、２つの隣接する上部液体収集パイプの上方でこれらのパイプと平行に延びている濾液収集パイプに接続されている。その設計により、欧州特許第１７４３６９０号の濾過システムは比較的高さがあり、列同士の間の接続分岐パイプのために列同士の間の距離が必要となる。

本発明の目的は、省スペース構造を実現するように上記の種類の濾過システムを更に改善することである。更に、設置のための構成部品の数を削減し、組み立てが簡単な少数の構成部品を使用すべきである。

この課題は、以下の流体処理システムであって、
－複数の垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる少なくとも１つの列を備える流体処理システムであって、各円筒形濾過モジュールが、上端部、下端部、及びシェル内部を備える円筒形シェルと、円筒形シェルの上端部及び下端部にそれぞれ結合された上部ヘッダ及び下部ヘッダとを有し、
－中空糸膜の束がシェル内部に配置されており、中空糸膜の端部は、中空糸膜がそれら端部で開放されるようにして中空糸膜の端部が上部チューブシート及び下部チューブシートに埋め込まれており、上部チューブシート及び下部チューブシートが、中空糸膜の周囲に形成され、外部濾液スペースが、上部チューブシート、下部チューブシート及び円筒形シェルの内側表面の間に広がるように円筒形シェルの内側表面に流密に封着されており、
－上部ヘッドスペースが、上部チューブシートと上部ヘッダとの間に形成されており、下部ヘッドスペースが、下部チューブシートと下部ヘッダとの間に形成されており、
－各中空糸膜が、管腔及び壁部を有し、中空糸膜の管腔は、上部ヘッドスペース及び下部ヘッドスペースと流体連通しており、
－円筒形シェルが、出口ポートを備え、出口ポートは、円筒形シェルに取り付けられており、外部濾液スペースと流体連通し、かつ濾液分岐パイプに接続されており、
－円筒形濾過モジュールの上部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、上部収集ダクトが形成され、上部収集ダクトは、円筒形濾過モジュールの上部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、円筒形濾過モジュールの上部ヘッダと同じ高さ以上で少なくとも１列の長さ方向に延びており、
－円筒形濾過モジュールの下部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、下部収集ダクトが形成され、下部収集ダクトは、円筒形濾過モジュールの下部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、円筒形濾過モジュールの下部ヘッダの高さ以下で少なくとも１列の長さ方向に延びており、
－各円筒形濾過モジュールの濾液分岐パイプは、円筒形濾過モジュールの上端部において、少なくとも１列の長さ方向に延びている濾液収集パイプに開口しており、
上部収集ダクト及び濾液収集パイプが、濾過モジュールの上部ヘッダにおいて、円筒形シェルの断面中心に対して偏心して、断面中心に対し互いに異なる側に配置されており、かつ同じ高さで並んで互いに平行に配置されている、流体システム、によって解決される。

上方収集ダクトと濾液収集パイプとを同じ高さで並べて互いに平行に配置することにより、高さが比較的小さい流体処理システムを得ることができ、省スペース設計を実現することができる。更に、垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる各列は、各列がそれ自身の供給ライン及び排出ラインを有し、したがって個別に取り扱うことができるという点で、独自のユニットを形成する。

処理対象流体は、適用中に、上部収集ダクトを介して、垂直に配置された濾過モジュールからなる少なくとも１つの列の濾過モジュールに供給されることができ、上部収集ダクトからこの流体が濾過モジュールに分配され、濾過モジュールの上部ヘッドスペース内に導入されることができる。そこから、処理対象流体は、濾過モジュールのシェル内部に配置された中空糸膜の管腔に入り、管腔を通って流れる。処理対象流体の一部は、濾液として、中空糸膜の壁面を流れ、中空糸膜の周囲に形成された、上部チューブシート、下部チューブシート、及び円筒形シェルの内側表面の間に広がる外部濾液スペースに流入する。外部濾液スペース内に収集された濾液は、濾過モジュールの円筒形シェルに取り付けられた出口ポートを介して外部濾液空間を出て、濾液分岐パイプを通って流れ、円筒形濾過モジュールの上端部において少なくとも１つの列の長さ方向に延びている濾液収集パイプに収集される。

中空糸膜の管腔内に残っている残余分又は濃縮物は、濾過モジュールの下部チューブシートと下部ヘッダとの間に形成された下部ヘッドスペースに流入し、下部収集ダクトを介して排出される。

当然ながら、処理対象流体が、下部収集ダクトを介して濾過モジュール内に供給され、濾過モジュールを通って上向きに流れ、濃縮物が、上部ヘッダ内に収集され、上部収集ダクトを介して排出される適用も可能である。

流体処理システムの用途に応じて、濾過モジュールに含まれる中空糸膜は、好ましくは、限外濾過又は精密濾過用の膜とし得る。中空糸膜の数、濾過モジュール当たりの必要な濾過面積、及び濾過モジュールの数は、適用中の被濾過流体の流量に依存する。流量要件に適応するために、流体処理システムは、垂直に配置された円筒形濾過モジュールを２列以上並列接続することが必要となることもある。

円筒形濾過モジュール及びそれらの円筒形シェルのそれぞれについては、それらの長さ軸線に沿って見たときに、様々な断面が可能である。断面は、円形、楕円形、正方形、矩形などであってもよい。好ましくは、断面は、例えば、モジュールの高圧安定性を得るために円形とすることができる。

有利な実施形態では、中空糸膜の束は、この中空糸膜の束、上部チューブシート、及び下部チューブシートを含むカートリッジに組み込まれることができ、このカートリッジの中に、チューブシートを貫通し、端部で開口するようにして中空部が埋め込まれている。カートリッジは、好ましくは、カートリッジの中空糸膜の漏れの場合などにカートリッジの交換が可能であるように、取り外し可能にシェル内部に配置されることができる。各チューブシートと円筒形シェルの内側表面との間の封止は、接着剤によって、又はポッティング材によって、又は、例えば、取り外し可能なカートリッジの場合には封止リングによって達成され得る。

上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダは、円筒形シェルに恒久的に又は解放可能に接続され得る。恒久的な接続の場合、上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダは、接着剤を介して、又は溶接によって円筒形シェルと接合され得る。具体的には、中空糸膜の束がカートリッジに組み込まれている場合、解放可能又は着脱可能な接続が好ましい。解放可能又は着脱可能な接続の場合、上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダは、ねじ山、フランジ継手、又はビクトリック継手などによって接合されてもよい。上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダの円筒形シェルへの解放可能又は着脱可能な接続は、例えば、中空繊維の束の損傷、漏出などの場合に、シェル又はモジュール内部の利点を提供し得る。

本流体処理システムでは、好ましくは、下部収集ダクトもまた、円筒形シェルの断面中心に対して偏心して配置され得る。より好ましくは、上部収集ダクト及び下部収集ダクトは、円筒形シェルの断面中心に対して互いに異なる側に配置される。濾過モジュールの両側における上部収集ダクト及び下部収集ダクトのそのような配置は、濾過モジュールを通して被濾過流体の均質な流れ分布を支援するものである。

容易で柔軟な組み立てを強化するために、流体処理システムの好ましい実施形態では、上部収集ダクトが上部ヘッダに一体化されている。この実施形態では、各円筒形濾過モジュールの上部ヘッダは、好ましくは、少なくとも１列を垂直に見たときに、上部収集ダクトが配置されている側からＴ字形状を有しており、このＴ字形状は、円筒形シェルの上端部に接続された下部と、少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポートとを有する。１つの列内の隣接する濾過モジュールの、互いに対向する水平側部ポート同士が接続され、上部収集ダクトを形成する。

更なる好ましい実施形態では、各円筒形濾過モジュールの下部ヘッダは、少なくとも１列を垂直に見たときに、Ｔ字形状を有しており、このＴ字形状は、円筒形シェルの下端部に接続された上部と、少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポートとを有する。流体処理システムの更なる好ましい実施形態では、各円筒形濾過モジュールの上部ヘッダ及び各円筒形濾過モジュールの下部ヘッダが、Ｔ字形状を有する。

互いに対向した隣接する濾過モジュールの水平側部ポート同士は、接続管又は短い連結具によって接続され、それぞれ上部及び／又は収集ダクトを形成することができる。代替的に、Ｔ字形の上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダの水平アームは、それぞれ濾過モジュールを越えて延びてもよく、隣接する濾過モジュールのアーム同士が互いに接続され、上部収集ダクト及び／又は下部収集ダクトをそれぞれ形成してもよい。隣接する濾過モジュールの側部ポート同士、接続管同士、短い連結具同士、及び／又は水平アーム同士の接続は、例えば、接着剤又は溶接継手による液密な恒久的接合であってもよい。好ましい実施形態では、この接続は、着脱可能な液密継手、例えば、カップリングリングの形態のねじ継手、フランジ継手、又はビクトリック継手などとすることができる。

特定の実施形態では、上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダがＴ字形状を有し、上部収集ダクト及び下部収集ダクトの少なくとも一部が、それぞれ上部ヘッダ及び下部ヘッダに一体化されており、幅方向だけでなく高さ方向にもコンパクトな設計を可能にする。更に、他の設計で必要とされ得る多数の接続要素及び連結具を回避することができる。

各円筒形濾過モジュールの上部ヘッダがＴ字形状を有する場合、少なくとも１つの列に沿って見たときに、上部ヘッダが、上部収集ダクト側にある高い部分及び濾液収集パイプ側にある低い部分を有する非対称の輪郭を有すると好ましい。この場合、濾液収集パイプは、好ましくは、上部収集ダクトと同じ高さになるように、低い部分の上に配置されることができる。この場合、少なくとも１列の方向に見たときに、上部収集ダクトは、上部ヘッダの高い部分において上部ヘッダに一体化されており、一方、濾液収集パイプは上部ヘッダの外側かつ上部で延びている。濾過モジュールの濾液分岐パイプを介した濾過モジュールへの濾液収集パイプの取り付けに加えて、濾液収集パイプは、例えば、ヘッダに取り付けられたクランプを介して上部ヘッダに固定され得る。

濾液収集パイプはまた、上部ヘッダに一体化されてもよく、濾過モジュールの上部ヘッダを貫通してもよい。したがって、流体処理システムの更なる好ましい実施形態では、各上部ヘッダは、その内部を通る濾液通路を有し得、濾液通路が、濾液収集パイプの一部であり、
－濾液通路は、濾液通路が上部ヘッダの外壁を通る点において、上部ヘッダの外壁に液密に封着されており、
－濾液通路は、複数の垂直に配置された濾過モジュールからなる少なくとも１つの列の伸長方向に平行に配置されており、
－隣接する濾過モジュール同士からなる濾液通路が、互いに接続されて、濾液収集パイプを形成している。

濾液通路は、濾液通路を接続して濾液収集パイプを形成する接続要素又はパイプセグメントに接合され得る。更なる実施形態では、濾液通路は、それぞれのヘッダを越えて延びてもよく、好ましくは、隣接する濾過モジュールの濾液通路同士が、それらの隣接する端部同士において密封して互いに取り付けられ得るように、十分な長さを有することができる。隣接する端部同士の取り付けは、例えば、カップリングリングの形態のねじ継手、又はフランジ継手若しくはビクトリック継手、又は溶接若しくははんだ付けによって達成され得る。上部ヘッダ及び接続要素又はパイプセグメントをそれぞれ越えて延びた通路部分は、濾液分岐パイプに接続するための側部ポートを有し得る。少なくとも１つの列の隣接する濾過モジュールの通路同士もまた、Ｔフィッティングの側部分岐部によって互いに接続されることができ、Ｔフィッティングの９０°分岐部は、それぞれの濾液分岐パイプに接続されている。この場合も、接続は、例えば、カップリングリングによって、フランジ継手若しくはビクトリック継手によって、又は溶接若しくははんだ付けによって達成されることができる。

流体処理システムの更に好ましい実施形態では、各円筒形濾過モジュールの上部ヘッダは、濾過モジュールの上部ヘッドスペースを、上部収集ダクトを形成している上部収集パイプのそれぞれの側部ポートに接続するポートを有することができる。上部収集パイプは、円筒形濾過モジュールの上部ヘッダの上方で少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、円筒形濾過モジュールの上部ヘッドスペース同士を接続している。同様に、濾過モジュールの上部ヘッダは、上部収集ダクトを形成する上部収集パイプの一体的部分とし得る。この場合、上部収集パイプは、上部ヘッダとして形成される側部ポートを有する。

更に、本流体処理システムでは、各円筒形濾過モジュールの下部ヘッダは、好ましくは、濾過モジュールの下部ヘッドスペースを下部収集ダクトを形成している下部収集パイプのそれぞれの側部ポートに接続するポートを有することができる。下部収集パイプは、円筒形濾過モジュールの下部ヘッダの下方で少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、円筒形濾過モジュールの下部ヘッドスペースに接続している。同様に、濾過モジュールの下部ヘッダは、下部収集ダクトを形成する下部収集パイプの一体的部分とし得る。この場合、下部収集パイプは、下部ヘッダとして形成される側部ポートを有する。

流体処理システムの更なる有利な実施形態では、
－各円筒形濾過モジュールの上部ヘッダが、それぞれの上部ヘッドスペースを、上部収集ダクトを形成している上部収集パイプに接続するポートを有し得、上部収集パイプが、円筒形濾過モジュールの上部ヘッドスペース同士を接続しており、円筒形濾過モジュールの上部ヘッダの上方で濾液収集パイプと同じ高さで少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、かつ／又は、
－各円筒形濾過モジュールの下部ヘッダが、それぞれの下部ヘッドスペースを、下部収集ダクトを形成している下部収集パイプに接続するポートを有し、下部収集パイプが、円筒形濾過モジュールの下部ヘッダの下方で少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、円筒形濾過モジュールの下部ヘッドスペース同士を接続している。

この場合、好ましくは、上部収集パイプ及び／又は下部収集パイプが、個々の円筒形濾過モジュールの個々のヘッダに割り当てられた個々のＴピースから形成されており、このＴピースは、９０°分岐部を用いて個々の円筒形濾過モジュールのヘッダに接続されており、かつ、水平分岐部を用いて互いに接続されており、上部収集パイプ及び下部収集パイプをそれぞれ形成している。

好ましくは、濾液収集パイプもまた、個々のＴピースから形成されており、この個々のＴピースは、個々の円筒形濾過モジュールに割り当てられ、その水平分岐部を用いて互いに水平に接続されて濾液収集パイプを形成しており、Ｔピースの９０°分岐部は、関連する円筒形濾過モジュールの濾液分岐パイプに接続されている。この種の流体処理システムの場合、システムの容易な組み立てが可能である。

Ｔ字形ヘッダの場合、個々のＴピース同士は、例えば、接着剤又は溶接継手によって恒久的に液密に接合されてもよく、又は、好ましい実施形態では、例えば、カップリングリングの形態のねじ継手、フランジ継手、又はビクトリック継手などによって、着脱可能に接合されることができる。また、９０°分岐部は、各ヘッダのポートにそれぞれ恒久的又は着脱可能に接合され得る。

好ましくは、上部収集パイプ、下部収集パイプ、及び／又は濾液収集パイプは、円形の断面を有することができる。

組み立てに必要なスペースに関して本流体処理システムを更に最適化するために、少なくとも１つの列内の円筒形濾過モジュールの濾液分岐パイプは、好ましくは、少なくとも１つの列に沿って見たときに、濾液分岐パイプが円筒形濾過モジュールを越えて延びないようにして濾過モジュール同士の間に配置されることができる。この場合であっても、少なくとも１つの列の濾過モジュール同士は、互いに近接して配置され得る。したがって、円筒形濾過モジュールの濾液分岐パイプは、好ましくは、上部から見たときに、少なくとも１つの列の隣接する濾過モジュール同士の間に形成された楔状隙間内に配置され得る。

本流体処理システムの好ましい実施形態では、濾過モジュールの円筒形シェルに取り付けられた出口ポートは、濾過モジュールの上部から見たときに、濾液収集パイプに対して直下にある又はせいぜいわずかにオフセットされ得る。これにより、不要な逸脱なしに、濾液分岐パイプを介して、出口ポートを濾液収集パイプと直接接続するという利点が提供される。

本流体処理システムの省スペース設計に関して、上部ヘッダ並びに／又は上部収集ダクト及び濾液収集ダクト、並びに下部ヘッダ及び下部収集ダクトは、少なくとも１つの列に沿って見たときに、濾過モジュールの円筒形シェルの外径に関して、好ましくは、最大で２０％だけ濾過モジュールの円筒形シェルの外径を越えて延びていてもよい。より好ましい実施形態では、上部ヘッダ及び下部ヘッダは、濾過モジュールの円筒形シェルの外径を最大で２０％だけ越えて延びていてもよく、上部収集ダクト及び濾液収集ダクトは、上部ヘッダを越えて延びておらず、下部収集ダクトは下部ヘッダを越えて延びていない。上部収集ダクトが上部ヘッダに一体化された好ましい一体型上部ヘッダの場合、上部ヘッダは、少なくとも１つの列に沿って見たときに、非対称の輪郭を有し、濾液収集ダクトは非対称の輪郭の低い部分の上に配置され、濾液収集パイプは、好都合には、少なくとも１つの列に沿って見たときに、濾過モジュールの円筒形シェルの外径に関して、濾過モジュールの円筒形シェルの外径を最大で２０％だけ越えて延びることができる。

本濾過システムは、１つの列内で濾過モジュール同士を近接配置することを可能にするが、濾過モジュールからなる複数の列同士を並べて近接配置することも可能にする。したがって、設置後濾過システムの高さ要件に関する改善に加えて、上部収集ダクトと濾液収集パイプとを同じ高さで並べて互いに平行に配置することにより、本濾過システムは、比較的小さな特定の設置面積、すなわち、被濾過流体の濾過に利用可能な設置後膜表面積に関して小さな設置面積という利点も提供する。したがって、本発明の濾過システムは、非常にコンパクトな設計で構築することができる。

機械的安定性を改善するために、複数の濾過モジュールを備える本流体処理システムは、例えば、濾過モジュールを取り付けるためのフレームアセンブリを備える支持ラックに組み込まれ得る。当技術分野において既知の支持ラックを本発明の流体処理システムに使用することができる。

本流体処理システムは、以下の図に基づいてより詳細に説明される。図面は、本発明の流体システムの好ましい実施形態を示しているが、これらの実施形態は限定するものではないことを理解されたい。

本発明による流体処理システムで使用する１つの円筒形濾過モジュールの斜視図である。 図１の濾過モジュールの側面図である。 図１の濾過モジュールの、図２に示した側面図とは反対側の側面図である。 本発明による流体処理システムで使用する、１列の円筒形濾過モジュールの斜視図である。

図１は、本発明による流体処理システムで使用する１つの円筒形濾過モジュール１の斜視図を示す。円筒形濾過モジュール１は、上端部３及び下端部４を備える円筒形シェル２を有する。上部ヘッダ５が円筒形シェル２の上端部３に結合され、下部ヘッダ６が下端部４に結合されている。円筒形シェル２の内側では、シェル内部に中空糸膜の束が配置されており、中空糸膜は、その端部が上部チューブシート及び下部チューブシート（図示せず）に埋め込まれている。円筒形シェル２は、外部濾液スペースと流体連通している出口ポートを備える。出口ポートには、濾液分岐パイプ７が接続されている。

円筒形濾過モジュール１の下部ヘッダ６はＴ字形状を有し、このＴ字形状は、円筒形シェル２の下端部４に接続された上部８と、側部ポート９、１０を備える水平側部アームとを有し、この水平側部アームは、下部収集ダクトセグメント１１を形成し、本発明の流体処理システムを形成する濾過モジュールからなる少なくとも１つの列の長さ方向に向けられている。下部ヘッダ６の水平アームは、ビクトリック継手であり得るコネクタ１２を介して、１つの列内の隣接する濾過モジュールのヘッダの対応するアームと接続可能である。隣接する濾過モジュール同士の接続された下部収集ダクトセグメント１１は、下部収集ダクトを形成する。

上部ヘッダ５は、下部ヘッダ６の意匠に対応するＴ字形状の意匠を有するが、濾過モジュールを介して中心面に対して左右反転に配置されている。Ｔ字形上部ヘッダは、円筒形シェル２の上端部３（見えない）に接続されている下部分と、側部ポート１３、１４を備える水平側部アームとを有する。水平側部アームは、上部収集ダクトセグメント１５を形成しており、本発明の流体処理システムの列を形成する、濾過モジュールからなる少なくとも１つの列の長さ方向に向けられている。上部ヘッダ６の水平アームは、ビクトリック継手であり得るコネクタ１２を介して、１つの列内の隣接する濾過モジュールの上部ヘッダの対応するアームと接続可能である。Ｔ字形上部ヘッダ又は上部収集ダクトセグメント１５のそれぞれの接続されたアームが、上部収集ダクトを形成する。

上部収集ダクトセグメント１５と平行かつ同じ高さで、パイプセグメント１６が上部ヘッダ５の上に配置される。上部ヘッダ５は、上部ヘッダ５のＴ字形部分を形成している高い部分と、上部ヘッダ５の上にパイプセグメント１６の配置を可能にする低い部分とを備え非対称に設計されている。パイプセグメント１６は、パイプセグメント１６に開口している濾液分岐パイプ７に接続されている。パイプセグメント１６の端部１７、１８は、本発明の流体処理システムを形成する１列の濾過モジュールのうちの隣接する濾液モジュールのパイプセグメントの端部に接続されることにより、濾液収集パイプを形成する。パイプセグメント同士の接続は、やはり、例えば、ビクトリック継手１２によって実施され得る。

図２は、上部収集ダクトセグメント１５、パイプセグメント１６、及び下部収集ダクトセグメント１１の伸長方向における、図１の濾過モジュール１の概略側面図である。同じ構成要素は同じ参照番号で示し、対応する要素の詳細な説明は繰り返さない。

図２は、上部ヘッダ５及び下部ヘッダ６が、上部収集ダクトセグメント１５、パイプセグメント１６、及び下部収集ダクトセグメント１１の伸長方向（これは、流体処理システムの少なくとも１つの列に沿った方向でもある）で見たときに、非対称の輪郭を有することを示す。上部ヘッダ５は、上部収集ダクト又は上部収集パイプセグメント１５側にある高い部分と、濾液収集パイプ又は濾液収集パイプセグメント１６側にある低い部分とを有する。濾液収集パイプセグメント１６は、上部収集ダクトセグメント１５と同じ高さになるように、上部ヘッダ５の低い部分の上に配置される。これにより、図１及び図２に示された濾過モジュールで構築された流体処理システムでは、上部収集ダクトと濾液収集パイプとが、同じ高さで並んで配置される。図２に示される実施形態では、上部収集ダクトセグメント１５が上部ヘッダ５に一体化されており、一方で、濾液収集パイプセグメント１６が、上部ヘッダ５の外側かつ上部で延びている。

上部収集ダクトセグメント１５及び濾液収集パイプセグメント１６は、濾過モジュール１の上部ヘッダ５において、円筒形シェル２の断面中心Ａ－Ａに対して偏心して、かつ断面中心Ａ－Ａの両側に配置されている。下部ヘッダ６は、同様に、非対称の輪郭を有しており、下部収集ダクトセグメント１１は、下部ヘッダ６の高い部分において下部ヘッダ６に一体化されている。下部ヘッダ６は、下部収集ダクトセグメント１１もまた円筒形シェル２の断面中心Ａ－Ａに対して偏心して配置されるように、円筒形シェル２に取り付けられている。上部収集ダクトセグメント１５及び下部収集ダクトセグメント１１、ひいては上部収集ダクト及び下部収集ダクトは、円筒形シェル２の断面中心Ａ－Ａの両側に配置される。濾過モジュールの両側における上部収集ダクト及び下部収集ダクトの配置は、濾過モジュールを通して被濾過流体の均質な流れ分布を支援するものである。

図２に示されるように、上部ヘッダ５、上部収集ダクトセグメント１５、及び濾液収集ダクトセグメント１６、並びに下部ヘッダ６及び下部収集ダクトセグメント１１は、ダクトセグメントに沿って見たときに、濾過モジュール１の円筒形シェル２の外径に関して、濾過モジュール１の円筒形シェル２の外径を２０％未満だけ超えて延びている。これにより、本発明による流体処理装置内の濾過モジュールの省スペース化が可能となる。

図３は、図２に示した側面図とは反対側の側面図における、図１及び図２の濾過モジュール１の概略図である。やはり、同じ構成要素は同じ参照番号で示し、対応する要素の詳細な説明は繰り返さない。この図では、濾液分岐パイプ７が見えており、濾液分岐パイプ７は、濾過モジュール１の円筒形シェル２と濾液分岐パイプ７が開口する濾液収集パイプセグメント１６との間で延びている。濾液分岐パイプ７は、濾液パイプセグメント１１と同じ方向に延びるようにして濾液パイプセグメント１１の伸長に関して配置され、したがって、流体処理システムの１つの列において隣接する濾過モジュール同士の間に配置されることになる。この配置により、濾液分岐パイプ７は、濾液収集パイプセグメントの方向に見たときに、円筒形濾過モジュール１を越えて延びておらず、その結果、本発明の流体処理システムの１つの列の濾過モジュールの濾液分岐パイプは、この列の濾過モジュールを越えて延びていない。

図４は、図１～図３に示される種類の垂直に配置された濾過モジュール１からなる１つの列２０を斜視図で示す。この例では、５つの濾過モジュール１が直列に接続されている。隣接する濾過モジュール１同士の上部収集ダクトセグメント、下部収集ダクトセグメント、及び濾液パイプセグメントは、例えば、ビクトリック継手の形態の連結要素２１によって互いに接続され、それぞれ、上部収集ダクト２２、下部収集ダクト２３、及び濾液パイプ２４を形成している。上部収集ダクト２２及び濾液収集パイプ２４は、濾過モジュール１の上部ヘッダにおいて、円筒形シェルの断面中心に対して偏心して、濾過モジュールの断面中心に対して互いに異なる側に配置されており、かつ同じ高さで並んで互いに平行に延びている。濾過モジュール１の濾液分岐パイプ７は、濾液パイプ２４を形成する濾液パイプセグメントに開口しており、列に沿って見たときに、濾過モジュールを越えて延びないようにして濾過モジュール１同士の間に配置されている。以下、例示的実施形態を挙げる。
［１］
複数の垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる少なくとも１つの列を備える流体処理システムであって、
各円筒形濾過モジュールは、上端部、下端部、及びシェル内部を備える円筒形シェルと、前記円筒形シェルの前記上端部及び前記下端部にそれぞれ結合された上部ヘッダ及び下部ヘッダとを有し、
中空糸膜の束が前記シェル内部に配置されており、前記中空糸膜の端部は、前記中空糸膜がそれら端部で開放されるようにして上部チューブシート及び下部チューブシートに埋め込まれており、
前記上部チューブシート及び前記下部チューブシートは、外部濾液スペースが前記中空糸膜の周囲に形成され、前記外部濾液スペースが、上部チューブシート、下部チューブシート及び前記円筒形シェルの内側表面の間に広がるように前記円筒形シェルの前記内側表面に液密に封着されており、
上部ヘッドスペースが、上部チューブシートと上部ヘッダとの間に形成されており、下部ヘッドスペースが、下部チューブシートと下部ヘッダとの間に形成されており、
各中空糸膜は、管腔及び壁部を有し、前記中空糸膜の前記管腔は、上部ヘッドスペース及び下部ヘッドスペースと流体連通しており、
前記円筒形シェルは、出口ポートを備え、前記出口ポートは、前記円筒形シェルに取り付けられており、前記外部濾液スペースと流体連通し、かつ濾液分岐パイプに接続されており、
前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、上部収集ダクトが形成され、前記上部収集ダクトは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダと同じ高さ以上で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、
前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、下部収集ダクトが形成され、前記下部収集ダクトは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの高さ以下で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、
各円筒形濾過モジュールの前記濾液分岐パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上端部において、前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びている濾液収集パイプに接続されており、かつ前記濾液収集パイプに開口しており、
前記上部収集ダクト及び前記濾液収集パイプは、前記濾過モジュールの前記上部ヘッダにおいて、前記円筒形シェルの断面中心に対して偏心して、前記中心に対し互いに異なる側に配置されており、かつ同じ高さで並んで互いに平行に配置されている、流体処理システム。
［２］
前記上部収集ダクトは、前記上部ヘッダに一体化されており、
各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、前記円筒形シェルの前記上端部に接続されている下部と、前記少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポートとを備えるＴ字形状を有し、
互いに向き合う隣接した濾過モジュールの前記水平側部ポート同士が、前記上部収集ダクトを形成するように接続されている、［１］に記載の流体処理システム。
［３］
前記上部ヘッダは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記上部収集ダクト側にある高い部分と、前記濾液収集パイプ側にある低い部分とを備えた非対称の輪郭を有し、
前記濾液収集パイプが、前記濾液収集パイプが前記上部収集ダクトと同じ高さになるように、前記低い部分の上に配置されている、［２］に記載の流体処理システム。
［４］
各上部ヘッダは、その内部を通る濾液通路を有し、前記濾液通路は、前記濾液収集パイプの一部であり、前記濾液通路は、前記濾液通路が前記上部ヘッダの外壁を通る点において、前記上部ヘッダの前記外壁に液密に封着されており、
前記濾液通路は、前記複数の垂直に配置された濾過モジュールからなる前記少なくとも１つの列の伸長方向に平行に配置されており、
隣接する濾過モジュール同士からなる前記濾液通路は、互いに接続されて、前記濾液収集パイプを形成している、［２］に記載の流体処理システム。
［５］
各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、前記濾過モジュールの前記上部ヘッドスペースを、前記上部収集ダクトを形成している上部収集パイプのそれぞれの側部ポートに接続するポートを有し、
前記上部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダの上方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペース同士を接続している、［１］に記載の流体処理システム。
［６］
各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、前記円筒形シェルの前記下端部に接続されている上部と、前記少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポート、を備えるＴ字形状を有し、
互いに向き合う隣接した濾過モジュールの前記水平側部ポート同士が、前記上部収集ダクトを形成するように接続されている、［１］～［５］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［７］
各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、それぞれの前記下部ヘッドスペースを、前記下部収集ダクトを形成している下部収集パイプに接続するポートを有し、
前記下部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの下方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペース同士を接続している、［１］～［６］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［８］
前記少なくとも１つの列内の前記円筒形濾過モジュールの前記濾液分岐パイプは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記濾液分岐パイプが前記円筒形濾過モジュールを越えて延びないようにして前記濾過モジュール同士の間に配置されている、［１］～［７］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［９］
前記上部ヘッダ及び／又は前記上部収集ダクト及び前記濾液収集ダクトは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記濾過モジュールの前記円筒形シェルの外径に関して、前記円筒形シェルの前記外径を最大で２０％だけ越えて延びている、［１］～［８］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［１０］
各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、それぞれの前記上部ヘッドスペースを、前記上部収集ダクトを形成している上部収集パイプに接続するポートを有し、
前記上部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペース同士を接続しており、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダの上方で前記濾液収集パイプと同じ高さで前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、かつ／又は、
各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、それぞれの前記下部ヘッドスペースを、前記下部収集ダクトを形成している下部収集パイプに接続するポートを有し、
前記下部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの下方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペース同士を接続している、［１］に記載の流体処理システム。
［１１］
上部収集パイプ及び／又は下部収集パイプは、個々の前記円筒形濾過モジュールの個々の前記ヘッダに割り当てられた個々のＴピースから形成されており、
前記Ｔピースは、９０°分岐部を用いて個々の前記円筒形濾過モジュールの前記ヘッダに接続されており、かつ、水平分岐部を用いて互いに接続されており、上部収集パイプ及び下部収集パイプをそれぞれ形成している、［１０］に記載の流体処理システム。
［１２］
上部ヘッダ及び／又は下部ヘッダは、前記円筒形シェルに取り外し可能に接続されている、［１］～［１１］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［１３］
前記中空糸膜の束は、前記中空糸膜の束と、前記上部チューブシートと、前記下部チューブシートとを備えるカートリッジに組み込まれており、前記カートリッジは、前記シェル内部に取り外し可能に配置されている、［１］～［１２］のいずれか一項に記載の流体処理システム。
［１４］
前記下部収集ダクトは、前記円筒形シェルの断面中心に対して偏心して配置されており、
上部収集ダクト及び下部収集ダクトは、前記円筒形シェルの前記断面中心に対し互いに反対側に配置されている、［１］～［１３］のいずれか一項に記載の流体処理システム。

Claims (10)

1. 複数の垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる少なくとも１つの列を備える流体処理システムであって、
   各円筒形濾過モジュールは、上端部、下端部、及びシェル内部を備える円筒形シェルと、前記円筒形シェルの前記上端部及び前記下端部にそれぞれ結合された上部ヘッダ及び下部ヘッダとを有し、
   中空糸膜の束が前記円筒形シェルの内部に配置されており、前記中空糸膜の端部は、前記中空糸膜がそれら端部で開放されるようにして上部チューブシート及び下部チューブシートに埋め込まれており、
   前記上部チューブシート及び前記下部チューブシートは、外部濾液スペースが前記中空糸膜の周囲に形成され、前記外部濾液スペースが、上部チューブシート、下部チューブシート及び前記円筒形シェルの内側表面の間に広がるように前記円筒形シェルの前記内側表面に液密に封着されており、
   上部ヘッドスペースが、上部チューブシートと上部ヘッダとの間に形成されており、下部ヘッドスペースが、下部チューブシートと下部ヘッダとの間に形成されており、
   各中空糸膜は、管腔及び壁部を有し、前記中空糸膜の前記管腔は、上部ヘッドスペース及び下部ヘッドスペースと流体連通しており、
   前記円筒形シェルは、出口ポートを備え、前記出口ポートは、前記円筒形シェルに取り付けられており、前記外部濾液スペースと流体連通し、かつ濾液分岐パイプに接続されており、
   前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、上部収集ダクトが形成され、前記上部収集ダクトは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダと同じ高さ以上で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、
   前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダ同士が互いに流体接続されており、それにより、下部収集ダクトが形成され、前記下部収集ダクトは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペースへの流体の流入を可能にし、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの高さ以下で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、
   各円筒形濾過モジュールの前記濾液分岐パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上端部において、前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びている濾液収集パイプに接続されており、かつ前記濾液収集パイプに開口しており、
   前記上部収集ダクト及び前記濾液収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダにおいて、前記円筒形シェルの断面中心に対して偏心して、前記断面中心に対し互いに異なる側に配置されており、かつ同じ高さで並んで互いに平行に配置されており、
   前記上部収集ダクト及び前記下部収集ダクトは、前記円筒形シェルの断面中心に対して偏心して、前記断面中心に対し互いに異なる側に配置されている、
   流体処理システム。
2. 前記上部収集ダクトは、前記上部ヘッダに一体化されており、
   各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、前記円筒形シェルの前記上端部に接続されている下部と、前記少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポートとを備えるＴ字形状を有し、
   互いに向き合う隣接した円筒形濾過モジュールの前記水平側部ポート同士が、前記上部収集ダクトを形成するように接続されている、請求項１に記載の流体処理システム。
3. 前記上部ヘッダは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記上部収集ダクト側にある高い部分と、前記濾液収集パイプ側にある低い部分とを備えた非対称の輪郭を有し、
   前記濾液収集パイプが、前記濾液収集パイプが前記上部収集ダクトと同じ高さになるように、前記低い部分の上に配置されている、請求項２に記載の流体処理システム。
4. 各上部ヘッダは、その内部を通る濾液通路を有し、前記濾液通路は、前記濾液収集パイプの一部であり、前記濾液通路は、前記濾液通路が前記上部ヘッダの外壁を通る点において、前記上部ヘッダの前記外壁に液密に封着されており、
   前記濾液通路は、前記複数の垂直に配置された円筒形濾過モジュールからなる前記少なくとも１つの列の伸長方向に平行に配置されており、
   隣接する円筒形濾過モジュール同士からなる前記濾液通路は、互いに接続されて、前記濾液収集パイプを形成している、請求項２に記載の流体処理システム。
5. 各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペースを、前記上部収集ダクトを形成している上部収集パイプのそれぞれの側部ポートに接続するポートを有し、
   前記上部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダの上方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペース同士を接続している、請求項１に記載の流体処理システム。
6. 各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、前記円筒形シェルの前記下端部に接続されている上部と、前記少なくとも１つの列の長さ方向に向けられた水平側部ポート、を備えるＴ字形状を有し、
   互いに向き合う隣接した円筒形濾過モジュールの前記水平側部ポート同士が、前記上部収集ダクトを形成するように接続されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の流体処理システム。
7. 各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、それぞれの前記下部ヘッドスペースを、前記下部収集ダクトを形成している下部収集パイプに接続するポートを有し、
   前記下部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの下方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペース同士を接続している、請求項１～６のいずれか一項に記載の流体処理システム。
8. 前記少なくとも１つの列内の前記円筒形濾過モジュールの前記濾液分岐パイプは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記濾液分岐パイプが前記円筒形濾過モジュールを越えて延びないようにして前記円筒形濾過モジュール同士の間に配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の流体処理システム。
9. 前記上部ヘッダ及び／又は前記上部収集ダクト及び前記下部収集ダクトは、前記少なくとも１つの列に沿って見たときに、前記円筒形濾過モジュールの前記円筒形シェルの外径に関して、前記円筒形シェルの前記外径を最大で２０％だけ越えて延びている、請求項１～８のいずれか一項に記載の流体処理システム。
10. 各円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダは、それぞれの前記上部ヘッドスペースを、前記上部収集ダクトを形成している上部収集パイプに接続するポートを有し、
    前記上部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッドスペース同士を接続しており、前記円筒形濾過モジュールの前記上部ヘッダの上方で前記濾液収集パイプと同じ高さで前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、かつ／又は、
    各円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダは、それぞれの前記下部ヘッドスペースを、前記下部収集ダクトを形成している下部収集パイプに接続するポートを有し、
    前記下部収集パイプは、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッダの下方で前記少なくとも１つの列の長さ方向に延びており、前記円筒形濾過モジュールの前記下部ヘッドスペース同士を接続している、請求項１に記載の流体処理システム。

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