(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜ろ過装置であって、
・膜パッケージを形成するように組み合わされており膜パッケージ内において互いに平行に分離して配置されている複数の平面状膜フィルター要素と、
・全ての面で膜パッケージを包囲している壁であって、および該壁内において、
ろ過されるべき流体を供給するために少なくとも１つの入口開口に接続されている少なくとも１つの入口チャンバーが、膜フィルター要素から上流に形成されており、および
ろ過により生成されるろ過された流体部分を放出するための少なくとも１つの出口開口に接続されている少なくとも１つの出口チャンバーが、膜フィルター要素から下流に形成されている、壁と、
・膜パッケージおよび壁とに接続されておりそれらを膜フィルター要素に平行な方向に振動させる振動ユニットであって、該振動ユニットが、フレームに接続されており、該フレームが、膜パッケージを包囲し、および少なくとも１つのばねによって膜パッケージの壁に連結されており、ばねによるばね動作の主要な方向が、膜フィルターの平面に平行に伸びる、振動ユニットと、
を含み、
複数のばねにより特徴付けられ、
・該ばねの力の適用方向が、膜フィルター要素の平面に平行に伸び、とりわけ、該ばねが、膜フィルター要素の平面に平行に延在しており、
・該ばねが、それらの１つの末端において膜パッケージの壁に、およびそれらの他の末端においてフレームに連結されており、
ばねが、ばねの少なくとも１つの第１組および１つの第２組に再分割され、ばねのそれぞれの組における全てのばねが、互いに平行に延在し、および１つの組におけるばねの方向が、或る角度において他の組のばねの方向に対して伸びる、膜ろ過装置。
【請求項２】
１つの組におけるばねの方向が、他の組のばねの方向に対して垂直に伸びる、請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
膜パッケージの質量に対して、振動ユニットが、少なくとも１つのばねと膜パッケージとから成る振動システムをその共振周波数の１つにおいて振動できるように、ばねのばね定数、長さ、数量および振動ユニットが適合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
少なくとも１つのばねと膜パッケージとにより形成されている振動システムの共振周波数を設定するように、フレームと膜パッケージとの間のばねのバイアス、ばね定数、有効量および／または有効長さが適合できることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
膜パッケージの重量の力をフレームに移す牽引部材を用いて、膜パッケージが、フレームの内側で吊り下げられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
牽引部材が、ワイヤケーブルであることを特徴とする、請求項５に記載の膜ろ過装置。
【請求項７】
膜ろ過装置を底表面上に設置するためにフレームの下面上に配置されている１または複数の減衰部材により特徴付けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項８】
振動装置が、シャフトを駆動するモーターを含み、偏心重量部が、該シャフト上に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項９】
フレームと膜パッケージとの間の少なくとも１つのばねのばね定数よりも硬い少なくとも１桁のばね定数を有する接続によって、モーターがフレームに接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の膜ろ過装置。
【請求項１０】
接続が、フレームと膜パッケージとの間の少なくとも１つのばねのばね定数よりも硬い複数の桁のばね定数を有することを特徴とする、請求項９に記載の膜ろ過装置。
【請求項１１】
フレームと膜パッケージとの間の少なくとも１つのばねが、圧力を加えるようにバイアスされていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１２】
フレームと膜パッケージとの間の全てのばねが、圧力を加えるようにバイアスされていることを特徴とする、請求項１１に記載の膜ろ過装置。
【請求項１３】
振動装置が、シャフトを駆動するモーターを含み、偏心重量部が、該シャフト上に配置されており、その偏心率が、膜パッケージの振動振幅を設定するように調整可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１４】
シャフトが、膜フィルター要素の平面に垂直に延在していることを特徴とする、請求項８〜１０または１３のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１５】
振動装置が、重量部を含み、該重量部が、軸のまわりに回転しおよび前記軸に対して偏心して配置され、および膜パッケージの重心が、該重量部が回転する平面内に位置しており、とりわけ、偏心重量部とフレームとの間の無限に変化可能または離散的に調節可能な接続によって、前記平面が、膜パッケージに対して調節可能であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１６】
膜パッケージの重量の力が、フレーム上の１以上の場所に移され、該１以上の場所が、重力の方向において膜フィルター要素の重心より上に位置することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１７】
振動装置が、フレームの１つの側面に固定されており、およびカウンターウェイトが、反対側の側面においてフレームに強固に固定されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項１８】
カウンターウェイトの質量が、振動装置の質量と等しいことを特徴とする、請求項１７に記載の膜ろ過装置。
【請求項１９】
農業的な家畜飼育から生物学的に汚染された廃水を清浄するための、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜ろ過装置に関し、該膜ろ過装置は、膜パッケージを形成するように組み合わされており膜パッケージ内において互いに平行に分離して配置されている複数の平面状膜フィルター要素と、全ての面で膜パッケージを包囲している壁であって、および該壁内において、ろ過されるべき流体を供給するために少なくとも１つの入口開口に接続されている少なくとも１つの入口チャンバーが、膜フィルター要素から上流に形成されており、およびろ過により生成されるろ過された流体部分を放出するための少なくとも１つの出口開口に接続されている少なくとも１つの出口チャンバーが、膜フィルター要素から下流に形成されている壁と、膜パッケージと壁とに接続されておりそれらを膜フィルター要素に平行な方向に振動させる振動ユニットを含む。本発明の別の態様は、農業において生物学的に汚染された廃水の分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の農業で中核となる問題は、汚染された廃水の処理に関係する。より厳しい環境基準の結果として、このような汚染された廃水を広い面積に亘る領域に拡げるような確立された方法は、ほとんど使用できず、または非常に限定された範囲のみ使用できる。従って、それが、より高い環境基準を満たしおよび理想的には通常の廃水として処理できるように、このような汚染された廃水を効果的に処理する方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このことを達成する１つの可能性がある方法は、例えば、汚水処理工場において廃水を処理することである。しかしながら、このことは、複雑な装置を含み、および従って高コストおよび保守集中的の両方である。従って、汚水処理工場における処理は、農業により生成される生物学的に汚染された廃水を処理するための経済的な方策ではない。
【０００４】
研究室規模において使用可能でありコロイド状懸濁液を処理するためのフィルター技術は、米国特許第４，９５２，３１７号とは異なる技術分野として基本的に既知である。後者は、膜ろ過装置に関し、平行に配置されている複数の膜複合体から成る膜パッケージが、該膜ろ過装置内で振動するように作られており、振動方向は、膜表面に平行である。結果として、せん断力が、膜表面と、ろ過されるコロイド状懸濁液との間で発生し、および固体粒子による膜の詰まりを防ぎ、および従って操作の所定期間に亘ってろ過を維持する。
【０００５】
当該装置および当該方法の発明者は、この膜ろ過原理が、基本的に農業における生物学的に汚染された廃水をろ過するのにも適しているということを認識している。しかしながら、米国特許第４，９５２，３１７号に記載の装置を用いる場合に、この種の廃水のためのいかなる効果的な操作をも妨げる問題が生じていた。本明細書に示される装置のために、様々な選択肢が、例えば、膜パッケージを振動させるために記載されている。これらは、駆動手段により膜パッケージに直接与えられる相互の並進振動または環状の振動を含む。駆動手段は、強固な運動学（rigid kinematics）による回転アクチュエータ、または電気機械的ねじり共振器である。これらは、これらの振動ユニットの内側で生じるいかなる振動も膜パッケージに直接伝えられるように作られるように、膜パッケージに強固に接続されている。膜ろ過のためのエネルギー入力が高過ぎるので、または全ての膜フィルターの必要な交換の間の膜ろ過装置の操作時間が短過ぎるので、農業における生物学的に汚染された廃水の効果的な膜ろ過は、この方法では達成できないことが見出されている。
【０００６】
駆動メカニズムを用いて振動動作を与えてろ過を向上させる膜パッケージを含む別の膜ろ過装置は、米国特許第６，３２２，６９８号Ｂ１から知られている。農業における生物学的に汚染された廃水を、本発明が基づく提案を用いてろ過するのに適しているシステムは、この従来の公報にも記載されているけれども、当該公報は、どのようにして、このシステムを、このような廃水の膜ろ過を経済的に効率の良い様式で作動できるように開発できたかについて、どのような指示も与えていない。
【０００７】
沈殿器を追加することによって金属と水を分離する膜ろ過装置が、米国特許第７，２９７，２７８号Ｂ２から知られている。しかしながら、この装置の欠点は、沈殿器を追加する必要性であり、沈殿器の形態をした消耗品の必要な追加に起因して、沈殿器は、装置が、連続して処理を行うことをより困難にさせおよびプロセスの経済的な効率性も減少させる。 
【０００８】
従って、本発明の目的は、農業における生物学的に汚染された廃水を清浄するための経済的に効率の良い様式で作動可能な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、この種の初めに特定された装置により達成され、該装置において、振動ユニットは、フレームに連結されており、該フレームは、膜パッケージを包囲しており、および少なくとも１つのばねを用いて膜パッケージの壁に連結されており、ばねによるばね動作の主要な方向が、膜フィルターの平面に平行に伸びる。
【００１０】
少なくとも１つのばねは、膜フィルター要素の平面に平行に伸びるコイルばねであってよい。板ばね、巻ばねまたは円盤ばね等が、代替的に用いられてよい。 
【００１１】
本発明に係る膜ろ過装置により、振動ユニットの特定の構成および膜パッケージへの連結に起因して、たとえ異なる荷重下でさえ膜パッケージの効果的な振動を可能にする従来技術の膜ろ過装置の開発が提案される。従来の装置と比較して、振動を生じさせるように入力されるのに必要なエネルギー量は、同時のより大きな振動振幅により実質的に少ししかない。この点で１つの技術的に関連した特徴は、膜パッケージを包囲する外側フレームに膜パッケージを連結する１または複数のばねの使用である。一方で、振動ユニットは、フレームに連結される。この種の連結は、振動ユニットと膜パッケージの間の強固な連結を有することを回避する。代わりに、少なくとも１つのばねと組合せた膜パッケージ自体は、共振周波数を有する振動システムとして構成されている。本発明によれば、この共振周波数は、膜表面に対して働くせん断力がとりわけ効果的な様式でそれにより生み出されるように存在し、その結果として、膜ろ過は、同様に、とりわけ効果的な様式で起こり得る。
【００１２】
本発明によれば、複数のばねが設けられ、該ばねの力の適用方向が、膜フィルター要素の平面に平行に伸び、とりわけ、ばねが、膜フィルター要素の平面に平行に延在しており、該ばねが、それらの１つの末端において膜パッケージの壁に、およびそれらの他の末端においてフレームに連結されており、ばねが、ばねの少なくとも１つの第１組および１つの第２組に再分割され、ばねのそれぞれの組における全てのばねが、互いに平行に延在し、および１つの組におけるばねの方向が、或る角度において、好ましくは他の組のばねの方向に対して垂直に伸びる。本発明のこの開発により、本発明の原理が、更に改善され、少なくとも２つの組に再分割される複数のばねを提供することにより、所望の振動方向に膜パッケージを導く機能が、ばねにより改善されるまたは実際に充分に提供される。これに関連して、それぞれの組のばねは、１または複数の平面内で互いに隣接して配置されてよいということを理解すべきである。ばねを配置および再分割して組にすることにより、規定された方向に規定された振幅で振動する機械的に決定されたシステムを作ることは可能である。
【００１３】
異なる構成のばねが本発明の利点および効果を実現するように用いることができるということも基本的な原理として理解すべきである。例えばコイルばね等が、好ましくは用いられてよく、例えば、該コイルばねによる力の適用方向が、ばねの伸長方向と同じである。しかしながら、同様に一直線またはほぼ一直線に力を適用する板ばねまたは円盤ばね等の他の種類のばねを代替的に用いることは可能である。最後に、らせんばねまたはねじりバーばねのような軸のまわりにねじり力を与える種類のばねを用いることも可能であり、結果として、該ばねは、本発明に係る装置に用いられるように、個々の機械的結合を必要とする。
【００１４】
ばねの平行な配置は、膜パッケージにおけるばねの動作ラインに平行な配置であるものとして特に理解され、個々の撓みメカニズムが必要に応じて考慮される。所定種類のばねにより、空間的な配置は、このような平行な配置から外れてよいけれども、ばねは、同様に、空間的に平行に配置されてよい。
【００１５】
互いに９０°の角度で２つの組のばねを配置することにより、一定の振幅の規定された振動動作が得られる。対照的に、２つの組を互いに異なる角度で配置する場合に、一連の振動において異なる振幅の振動を行う多重に未確定の機械的システムを形成することは可能である。どの種類の廃水が処理されるのかに応じて、とりわけ、廃水の密度および、固体粒子による汚れのそのレベルに応じて、互いに対するばねの組の１つまたは他の配置は好まれるかもしれない。更に詳細に、コイルばねが、計４組に再分割され、その２つの組が、互いに平行に分離され、およびそれぞれの組が、他の組に対して９０°の角度であり、組が、断面において長方形を形成することは好ましい。
【００１６】
膜パッケージの質量に対して、振動ユニットが、少なくとも１つのばねと膜パッケージとから成る振動システムをその共振周波数の１つにおいて振動できるように、ばねのばね定数、長さ、数量および振動ユニットが適合されることは、より更に好ましい。このようにして構成されている場合に、膜パッケージは、所定の共振周波数で振動するように作ることができ、該共振周波数は、とりわけ大きい振動振幅を達成するのに必要なとりわけ少量のエネルギー入力をもたらす。
【００１７】
フレームと膜パッケージの間のばねのバイアス、ばね定数、有効量および／または有効長さは、少なくとも１つのばねと膜パッケージにより形成されている振動システムの共振周波数を設定するように調整できることはとりわけ好ましい。本発明のこの開発により、膜ろ過にとりわけ効果的である共振周波数を設定して、進行する操作中にそのように行うことが可能であり、それに応じて、振動特性を、異なる荷重に依存して適合できる（上述したろ過される媒体の異なる容量または密度がある）。このことは、ばねを内外に連結することにより最も簡単に行うことができる。別のバリアントでは、ばねを部分的にブロックすることにより、ばねの有効長さを変えることができる。振動システムの所望の共振周波数を設定するための様々な選択肢は、上述した種類の単一の測定により、またはこのような測定の組合せにより達成できるということを理解すべきである。
【００１８】
膜パッケージの重量の力をフレームに移す牽引部材、好ましくは、ワイヤケーブルによってフレームの内側で膜パッケージが吊り下げられていることは更に好ましい。この構成は、所望の共振効果にとりわけ有益である膜パッケージの重量を支える方法を提供し、および該構成は、膜パッケージを、保守のために簡素な様式でフレームから移動しおよび分解するのを可能にする。牽引部材は、膜パッケージの頂縁からその上のフレームストラット（frame strut）まで延在してよい。一方で、牽引部材の吊り下げは、適切な吊り下げ位置および牽引部材の長さの結果として、所望の平面内の共振振動動作を可能にする。一方で、このような牽引部材の吊り下げの減衰効果（damping effect）は、実施操作中においてごくわずかであり、耐久性のある吊り下げと同時に、振動を達成するのに少量のエネルギー入力を可能にする。
【００１９】
底表面に膜ろ過装置を配置するためにフレームの下面に配置した１以上の減衰部材を設けることにより、本発明に係る膜ろ過装置を更に開発することができる。減衰部材は、純粋な弾性特性を示すのではなく少なくとも粘弾性挙動（すなわち、変形速度に依存する剛性を特に有する）を示す部材であると本明細書で理解されるべきである。この構成は、膜パッケージの振動が、隣接して取り付けられた装置との妨害を生じずに、とりわけ、本発明の膜ろ過装置を底表面上に配置するのを可能にする。
【００２０】
振動装置が、シャフトを駆動させるモーターを含み、該シャフト上に、偏心重量部が配置され、および好適には、フレームと膜パッケージとの間の少なくとも１つのばねおよび／または合計のばねのばね定数よりも硬い少なくとも１および好ましくは複数の桁のばね定数を有する接続によって、モーターがフレームに連結されていることは、より更に好ましい。このような構成により、振動は、構成および製造エンジニアリングに関して対費用効果もある強固な様式で促進される。モーターおよびその偏心重量部は、実質的に強固にフレームに接続されている。これに関して、モーターとフレームとの間の強固な接続の剛性（stiffness）は、膜パッケージとフレームとの間の接続の剛性に対して考慮する必要があるということを理解すべきである。この関係性において、ばね定数は、フレームと膜パッケージとの間の接続において、よりもフレームと振動装置との間の接続において、より硬い１桁および更にとりわけ複数の桁である場合に好ましい。この剛性の比率、および強固なまたは硬い接続の規定としてそのように実現された関係性は、振動装置のフレームへの任意の種類の連結に適用できるということを基本原理として理解すべきである。
【００２１】
別の好ましい実施形態によれば、フレームと膜パッケージとの間の少なくとも１つのばねおよび／または好ましくは全てのばねが、圧力を加えるようにバイアスされている。本発明をこの方法で開発することは、ばね（生じた振動に起因して、膜パッケージとフレームとの間に相対的な動作がある場合でさえ）が歪んで圧縮荷重から引張荷重になるおよびそれらの通常の長さの形態をしたニュートラルな位置を通過する（全体的に無秩序である振動挙動を生じさせる）のを防ぐ。加えて、フレームと膜パッケージとの間に働く力は、全体的に、より強いので、ばねをバイアスさせることは、より高い共振周波数を生じさせる傾向がある。
【００２２】
振動装置は、シャフトを駆動させるモーターを含み、偏心重量部が、該シャフト上に配置され、その偏心率は、膜パッケージの振動振幅を設定するように調整可能であることは更に好ましい。偏心重量部の偏心率を調整すること、すなわち、回転軸から重量の重心の異なる半径方向の距離を調整することは、振動振幅、および従って清浄される媒体と膜パッケージの膜表面との間のせん断力の強さを設定する効果的な方法である。とりわけ、偏心率は、より高いまたはより低いモーター速度を設定するために設定され得る。これに関して、装置の全荷重支持能力は、偏心率の増加とともにモーター速度（所定の制限がある限り）の増加または保守を可能にするということを理解すべきである。ろ過装置の疲労限度を越えないように、ヴェーラー曲線は、要素の構成および寸法に依存して、それぞれの偏心率のために最大速度を特定するのに用いることができる。調整のこの範囲内において、重量の偏心率、および必要に応じてモーター速度も、特定の共振周波数および振動振幅に達するように変えることができる。
【００２３】
偏心重量部を有するシャフトを備えたモーターによる実施形態を、膜フィルター要素の平面に垂直に延在しているシャフトを有することにより、更に開発できる。この構成において、シャフト軸のまわりの偏心重量部の動作によって生み出される振動力は、それらが膜フィルター要素に平行な平面内で機能するように直接向けられ、その結果として、所望の方向における振動は、とりわけ効果的な様式で直接的に影響を受け得る。
【００２４】
本発明に従う膜ろ過装置は、更に開発でき、最終的に、膜パッケージの重量の力が、フレーム上において１以上の位置に移され、該フレームは、重力の方向において膜フィルター要素の重心の上に位置する。この実施形態により、膜パッケージの重量は、構造的に好都合な様式でフレームに移され、減衰効果は、膜パッケージの所望の振動動作を妨げず、同時に、本発明の膜ろ過装置の簡素な製造および組立てを可能にしている。
【００２５】
最終的に、振動装置が、フレームの１つの側面に固定されており、およびその質量が好ましくは振動装置の質量と等しいカウンターウェイトが、反対側の側面におけるフレームに強固に固定されていることは、まだ更に好ましい。フレームの１つの側面に振動装置を固定しおよびフレームの反対側の側面に好ましくは振動装置の質量と等しい質量を有するカウンターウェイトを強固に固定することによって、フレームの振動挙動および従って膜パッケージの共振振動の発生は、効果的な様式で最適化され、同時に、フレームに生じるいかなる損傷も、一定の振動により防がれる。これに関して、カウンターウェイトは、好ましくは、それをフレームに溶接またはボルト接合することにより強固に接続できる。好ましくは、膜パッケージの荷重状態、フレーム内のその配置およびフレームの振動挙動に対して振動装置の振動効果およびカウンターウェイトの質量の効果を調節できるように、振動装置およびカウンターウェイトの両方は、高さが調節可能に作ることができる。
【００２６】
本発明の別の態様は、家畜の飼養がもたらす生物学的に汚染された廃水の膜ろ過のために上述された種類の膜ろ過装置を用いることに関係する。本発明のこの態様は、研究室規模でこれまでに主に用いられていた膜ろ過装置が、適切に構成および調整される場合に、農業において工業的に清浄するおよびとりわけ、生物学的に汚染された廃水を清浄するのにも適しているという認識に基づいている。 
【００２７】
本発明の更なる別の態様によれば、農業の家畜飼育から生物学的に汚染された廃水を清浄する方法が提案され、前記方法は、
・複数の膜フィルター要素から上流に配置された１または複数の入口チャンバーまで、廃水を供給する工程と、
・膜フィルター要素を用いて廃水をろ過する工程と、
・膜フィルター要素から下流に配置された１または複数の出口チャンバーから、ろ過された廃水を放出する工程と、
を含み、
振動方向が膜フィルター要素の平面に平行であるように振動するように、膜フィルター要素が作られていることを特徴とする。本発明に係る方法は、膜フィルター要素がとりわけ効果的および効率的な様式で振動するように作られており、強いせん断力が、膜フィルター要素と清浄される廃水との間で生み出される場合に、農業的な家畜飼育から生物学的に汚染された廃水を、複数の膜フィルター要素を用いて非常に効率的にろ過できるという認識に基づいている。これに関して、とりわけ、膜フィルター要素に強固に接続されている振動源からの直接的な刺激により、振動は、基本的に任意の構成様式の膜フィルター要素に伝えられ得るということを理解すべきである。
【００２８】
しかしながら、膜フィルター要素は、振動装置、好ましくは、回転する不釣合い部により振動するように作られていることがとりわけ好ましく、該振動装置は、膜フィルター要素を包囲するフレームに強固に接続されており、および振動は、好ましくは圧力を加えるようにバイアスされたばねにより、フレームから膜フィルター要素に伝えられる。本発明のこの開発は、上述した目的のためにとりわけ効率的および経済的な様式において本発明の方法のための振動を促進し、および高い割合の固体粒子を含む高度に汚染された廃水をろ過することもできる。
【００２９】
最終的に、ばねおよび膜フィルター要素により形成されている振動システムの共振周波数が、フレームと膜パッケージとの間のばねのバイアス、ばね定数、有効量および／または有効長さを調整することにより設定されることはとりわけ好ましい。本発明のこの開発により、膜パッケージと、振動方向においてフレーム内において膜パッケージを支持するばねとを含む振動システムの共振周波数は、振動に関係する構成パラメータを調整することによって達成される。このようにして、非常に強い振動効果は、必要なエネルギー入力の最大の減少により得られる。
【００３０】
本発明に係る膜ろ過装置の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、上方からおよび後方からの或る角度で見られるように、本発明に係る膜ろ過装置の第１の実施形態の斜視図を示す。
【図２】図２は、前方からの或る角度で見られる、本発明に係る膜ろ過装置の第２の実施形態の斜視図を示す。
【図３】図３は、後方からの或る角度で見られるように、図２の膜ろ過装置の斜視図を示す。
【図４】図４は、図２に示すような本発明に係る膜ろ過装置の水平方向に部分的に切断された概略的な上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図を参照すると、２つの実施形態は、単に、カウンターウェイトとモーターハウジングとをフレームに固定する様式が異なっており、およびそれらの共通の特徴に関して一緒に表現される。本発明の膜ろ過装置は、基板１０上に配置されており、基板１０は、いくつかのダブルＴプロファイルにより床の上に所定距離を置いて保持され、および前記床にダブルＴプロファイルをボルトで留めることにより床に固定して取り付けることができる。
【００３３】
立方体のフレーム２０が、振動部材３１〜３４により基板１０の頂側面に固定されている。その下面において、立方体のフレーム２０は、好ましくは、Ｌプロファイル２１〜２４の形態である４つのプロファイルを有しており、Ｌプロファイル２１〜２４は、長方形およびとりわけ正方形を形成するように一体に溶接されている。振動部材３１〜３４は、Ｌプロファイル２１〜２４により形成されている正方形の下面上において個々の角部内にそれぞれ挿入され（基板１０とＬプロファイル要素との間のゴムの弾性部材３１〜３４として）、および両末端においてそこに留められている。
【００３４】
フレームプロファイル４１〜４４は、Ｌプロファイル２１〜２４により形成されている正方形の各々の角部から、頂カバープレート５０まで垂直方向に延在しており、一方で、頂カバープレート５０は、正方形を形成している４つのプロファイル５１〜５４に溶接されている。フレームプロファイル４１〜４４の上末端は、前記正方形の角部においてプロファイル５１〜５５に溶接されている。
【００３５】
膜パッケージ６０は、Ｌプロファイルとフレームプロファイル４１〜４４とにより形成されているフレームの内側に配置されており、Ｌプロファイルとフレームプロファイル４１〜４４は、底および頂において一体に接合されて正方形を形成している。膜パッケージ６０は、積み重ねられており垂直方向に与えられるクランプ力により互いに押し付けられている同一の構成の複数の膜支持プレートを含む。結果として、膜支持フレームは、全ての面において膜パッケージを包囲する膜パッケージの壁を形成している。下側基板および上側カバー板は、頂および底において膜パッケージを閉じている。各々の膜支持フレームの内側において、２つの膜フィルター要素は、互いに平行および分離した状態で配置されており、該要素は、それらの間の入口チャンバーを包囲している。出口チャンバーは、膜保持フレームの個々の上側膜フィルター要素と、隣接した膜保持フレームの個々の下側膜フィルター要素との間に配置されている。膜パッケージにおける全ての膜フィルター要素は、互いに平行および分離して配置されており、ならびにフレームプロファイル４１〜４４の伸長方向が膜フィルター要素の平面に垂直であるように向けられている。従って、膜パッケージは、複数の入口チャンバーを形成しており、該入口チャンバーは、互いに直接的に流体連結しており、および膜パッケージに形成されている入口開口に接続されている。膜パッケージの内側に、複数の出口チャンバーもあり、一方で、該出口チャンバーは、互いに直接的に流体連結しており、および膜パッケージ上に形成されている出口開口に接続されている。入口および出口チャンバーは、膜フィルター要素により互いに間接的に接続されており、流体は、膜フィルター要素を通過することにより入口チャンバーから出口チャンバー内に流れることができる。膜フィルター要素と、それらにより形成されている膜パッケージとの構成は、とりわけ、米国特許第４，９５２，３１７号または米国特許第６，３２２，６９８号に記載されているような構成と同じであってよい；これらの記載は、本開示において参照により充分に組み込まれる。
【００３６】
膜パッケージ６０は、膜ハウジング内に配置されており、該膜ハウジングは、円筒状チューブの形態を有し、対称性のある垂直軸に沿って延在し、および従って水平面内に円形断面を有する。膜ハウジングの外側の周囲に、垂直に延在している横方向ストリップ６１〜６４が配置されており、横方向ストリップ６１〜６４は、膜ハウジングの周囲において互いに９０°の角度の空間を有して分配されており、およびチューブの全体の長さに亘って延在している。膜パッケージがその中に配置されている膜ハウジングの内側断面は、膜の外形と同じであるべきであり、および従って、膜の外形が長方形である場合にそれは長方形の断面でもあり得るということを基本原理として理解すべきである。膜ハウジングは、本明細書に図示されるように、長方形プレートによりおよびとりわけ正方形プレートによりその頂側面および下面において閉じられている。膜ハウジングは、垂直方向に延在しており、膜パッケージ６０は、フレームプロファイル４１〜４４よりも短い長さを有する。膜パッケージ６０は、フレームに向かって横方向ストリップ６１〜６４の位置に対してその垂直軸のまわりに４５°で旋回されており、およびフレームの内側に配置されており、膜パッケージ６０の横方向ストリップ６１〜６４は、２つの個々のフレームプロファイル４１〜４４の間の中間に正確に置かれている。図２からわかるように、フレームプロファイル４１〜４４と、横方向ストリップに接続することにより形成されているメンタルな（mental）断面とは、水平断面において、そこに配置されているひし形を有する正方形を形成している。
【００３７】
各々の横方向ストリップ６１〜６４は、外側に突出しているバーを有しており、該バーは、膜パッケージの外表面に対して９０°の角度であり、すなわち、該バーは、半径方向の平面内に位置している。膜ハウジングの横方向ストリップ６１〜６４に、複数のボアホールが設けられており、水平方向において膜フィルター要素に平行に延在している個々の案内ボルトは、各々の該ボアホールに確実に挿入されおよび留められている。
【００３８】
示される実施形態において、各々のフレームプロファイル４１〜４４は、Ｌプロファイルの形態であり、および同様に、「Ｌ」の各々のリム（limb）に複数の貫通ボアを有する。「Ｌ」の各々のリムのボアホール（bore hole）の数量は、膜パッケージストリップに形成されているボアホールの数量の半分に等しく、およびＬプロファイルのボアホール間の距離は、膜パッケージストリップのボアホール間の距離の２倍である。フレームプロファイル４１〜４４の各々のボアホールが、膜パッケージストリップ内の１つのボアホールに正確に向かい合い、および同じ貫通ボアホールとは向かい合わないように、フレームプロファイル４１〜４４のボアホールは、構成されている。
【００３９】
フレームプロファイル４１〜４４内の各々の貫通ボアに、案内ボルトが挿入および留められており、該ボルトは、膜パッケージストリップの向かい合う貫通ボアの個々の案内ボルトに関して同軸方向に向けられている。
【００４０】
案内ボルトは、コイルばね９１〜９８を収容および案内するのに用いられている。互いに面している２つの同軸方向の案内ボルトの間に、らせん状圧縮ばねが膜パッケージストリップとフレームプロファイルとの間にバイアスした状態で挿入されている。複数のらせん状圧縮ばねは、各々の膜パッケージストリップと各々のフレームプロファイルとの間においてこの様式で延在しており、膜パッケージストリップは、フレームプロファイルにより両方の水平方向に支持されており、それらは、個々に、フレームプロファイル間に配置されている。
【００４１】
この配置の結果として、膜パッケージ６０は、らせん状圧縮ばねの８組全てにより、フレームの内側に固定されている。これらの８組のうちの４組は、互いに平行に向けられており、他の４組は、前記第１の４組に垂直であり、および同様に、互いに平行に向けられている。らせん状圧縮ばねの組は、２つの隣接したフレームプロファイル４１〜４４の間に形成されている架空の（fictitious）側壁の１つの平面にそれぞれ配置されている。
【００４２】
膜パッケージ６０は、膜パッケージの頂の４つの角に留められている４つの鋼ケーブル７１〜７４によってフレームの上側プロファイル５１〜５４から吊り下げられている。４つの鋼ケーブル７１〜７４は、膜パッケージの全体の重量の力を支え、コイルばねは、どのような垂直荷重をも支える必要がないように圧力を加えるように、バイアスされている。
【００４３】
上側および下側横断部材８５、８６が、フレームプロファイル４３、４４に溶接されている。垂直方向に延在している２つの長手方向プロファイル８７、８８が、２つの挿入されている横断部材８５、８６の間に挿入され、および横断部材８５、８６に強固に溶接されている。
【００４４】
電気モーター９３は、ハウジング９０内に配置されている。ハウジング９０および電気モーター９３は、２つの長手方向プロファイル８７、８８に接続されており、ハウジングは、４つの固定具により、長手方向プロファイルの４つの対応するボアホールに直接かつ強固に留められている。電気モーターは、この方法で、フレームプロファイル４１〜４４により形成されているフレームに直接かつ強固に接続されており、およびその出力シャフトが垂直軸９１のまわりで回転するように向けられている。軸９１は、膜フィルター要素に対して垂直に直立している。電気モーターが回転する場合に不釣合い部を形成する重量部９２は、出力シャフトに偏心して固定されている。電気モーター９０およびその出力シャフト上の偏心重量部は、ハウジングにより完全に封止されており、出力シャフトは、不釣合い部の回転から得られる力を吸収するように該ハウジング内に適切に取り付けられている。
【００４５】
複数のボアホールは、長手方向プロファイル８７、８８内において、互いに垂直に分離して配置されており、ハウジング９０と、そこに設置されているモーターとの配置は、長手方向プロファイルに沿っていくつかの別々の間隔において垂直に調整できる。このようにして、振動効果が入力される位置は、別々の間隔において垂直に調整でき、ハウジングは、長手方向のプロファイル８７、８８に沿って複数の垂直に分離した位置に留めることができる。ハウジング９０の内側において、電気モーターは、偏心重量部の下に配置されている。このことは、膜パッケージとその周囲の膜ハウジングの重心も位置する平面内で偏心重量部が回転するように偏心重量部を配置できる。このことは、膜パッケージの非常に効率的な振動（すなわち、わずかなエネルギー入力により生じ得るおよび膜パッケージ内の全ての膜表面上の効果的なせん断動作を生み出す振動）をもたらす。
【００４６】
フレームプロファイル４３、４４と向かい合う側面において、上側および下側横断部材８１、８２は、溶接することによりフレームプロファイル４１、４２と同じ様式で強固に接続されている。
【００４７】
図１に係る第１の実施形態において、プレート形状のカウンターウェイト１００は、前記横断部材８１、８２に直接および強固に留められている。 
【００４８】
図２〜４に係る第２の実施形態において、垂直方向に延在している２つの長手方向プロファイル８７、８８は、２つの挿入されたプロファイル８１、８２間に挿入されており、および横断部材８５、８６に強固に溶接されている。この実施形態において、カウンターウェイト１００は、他の側面における電気モーターと同様に、長手方向支持体８３、８４における複数のボアホールにより、異なる調節可能な高さで取り付けることができ、および従って偏心重量部の位置に調節できる。
【００４９】
カウンターウェイト１００の質量は、電気モーター、偏心重量部および水平Ｌプロファイル８３、８４の追加された質量と等しい。このカウンターウェイトは、フレームの振動挙動を釣り合わせるのに用いられ、回転する偏心重量部により形成されており、膜パッケージは、振動する吊り下げの内側において所定の共振周波数を伴って振動するように作ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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