(57)【要約】ろ過処理時における一次側流路の遠心分離効果、逆洗時における外環状流路の膜エレメントの外周面に沿う領域の遠心分離効果を高めることができ、ろ過処理時及び逆洗時における膜面への付着物質の堆積を抑制しつつ濾過効率及び洗浄効率を向上させる。中空筒状のろ過面の外側にある一次側流路を備えた膜エレメントと、その外側に配置された筒状のハウジングとを備える。一次側流路内に流れ調整器を配置する。膜エレメントとハウジングとの間の外環状流路である二次側流路内に逆洗用流れ調整器を配置する。流れ調整器と逆洗用流れ調整器は、ろ過面又は膜エレメントの外周面に沿う領域で、遠心分離機能を発揮するように、スパイラル状フィンなどで構成する。
2018235901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側流路に処理流体を加圧送液し、クロスフローにてろ過処理を行う中空筒状のろ過面を備えたろ過膜モジュールにおいて、
前記一次側流路は前記中空円筒のろ過面の外側であり、
前記ろ過膜モジュールの一次側流路内を通過中の前記処理流体の流れを、自らが駆動することなく変化させるとともに、
前記一次側流路内のろ過面に沿って流動する前記処理流体に遠心分離機能が発揮されるように構成された流れ調整器を、前記ろ過膜モジュールの一次側流路内に配置したことを特徴とするろ過膜モジュール。
【請求項２】
中空筒状のろ過面によって規定される管状流路を少なくとも１つ備えた膜エレメントと、前記膜エレメントの外側に配置された筒状のハウジングとを備え、
前記一次側流路が前記膜エレメントと前記ハウジングの内周面との間の外環状流路から構成され、
二次側流路が前記管状流路から構成されることにより、クロスフローろ過処理を行うろ過膜モジュールであって、
前記流れ調整器は、前記外環状流路内に配置されたスパイラル状フィンで構成されたことを特徴とする請求項１記載のろ過膜モジュール。
【請求項３】
中空筒状のろ過面によって規定される管状流路を少なくとも１つ備えた膜エレメントと、前記膜エレメントの外側に配置された筒状のハウジングとを備え、
前記一次側流路が前記膜エレメントと前記ハウジングの内周面との間の外環状流路から構成され、
前記二次側流路が前記管状流路から構成されることにより、外圧クロスフローのろ過処理を行う外圧式ろ過膜モジュールであって、
前記流れ調整器は、前記外環状流路内に敷設されたスパイラル状フィンであり、前記外環状流路内を通過中の前記処理流体の流れをスパイラル状となるように導き、前記外環状流路内を通過中の前記処理流体に遠心力が作用するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のろ過膜モジュール。
【請求項４】
中空筒状のろ過面によって規定される管状流路を少なくとも１つ備えた膜エレメントと、
前記膜エレメントの外側に配置された筒状のハウジングとを備え、
前記管状流路内に加圧された処理流体を通過させる一方、前記膜エレメントと前記ハウジングの内周面との間の外環状流路内に逆洗時には、洗浄用流体を前記膜エレメントの外周面から前記管状流路へ前記膜エレメント内を通過させるよう構成された内圧クロスフローろ過処理を行う内圧式のろ過膜モジュールにおいて、
前記外環状流路内に配置された逆洗用流れ調整器を備え、
前記逆洗用流れ調整器は、前記外環状流路内を通過中の前記洗浄用流体の流れを、自らが駆動することなく変化させるものであり、
前記外環状流路内を通過中の前記洗浄用流体の流れを前記逆洗用流れ調整器にて変化させることにより、前記洗浄用流体のうち前記外環状流路内の前記膜エレメントの前記外周面に沿う領域における流速を、前記逆洗用流れ調整器を配置しない場合における前記外周面に沿う領域における流速に比べて、増大させる壁面流体加速機能が発揮されるように構成されたことを特徴とするろ過膜モジュール。
【請求項５】
前記逆洗用流れ調整器は、前記外環状流路内に敷設されたスパイラル状フィンであることを特徴とする請求項５記載のろ過膜モジュール。
【請求項６】
請求項1〜５のいずれかに記載の前記ろ過膜モジュールを用いて、前記処理流体の濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級のうち少なくとも１以上を目的とした前記処理流体のクロスフローろ過処理を行うことを特徴とするろ過処理方法。
【請求項７】
請求項３に記載の前記ろ過膜モジュールを用いて、粒子径の異なる複数の粒子を含む前記処理流体をろ過処理する方法であって、
前記処理流体を前記外環状流路内に通過させる際、前記粒子のうち粒子径の小さな粒子に対する遠心力よりも粒子径の大きな粒子に対する遠心力の方が大きくなり、粒子径の大きな粒子が前記ハウジング側へ移動することにより前記膜エレメントから離れるため、前記粒子径の小さな粒子の前記膜エレメントの通過が阻害されにくくなるようにした処理を含み、
前記処理流体の濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級のうち少なくとも１以上を目的とした前記処理流体のクロスフローろ過処理を行うことを特徴とするろ過処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過膜モジュールとろ過処理方法に関するものであり、セラミックスフィルターを用いたクロスフローろ過処理方法に特に適するろ過膜モジュール及びろ過処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックフィルターはセラミック製の膜をフィルターとして用いた精密ろ過装置であり、数μｍの細孔径を有したＭＦ膜（Micro filtration)からＵＦ膜（Ultra filtration)、ＮＦ膜（Nano filtration)などのろ過膜を、被処理物の物性や目的に合わせて種類やメッシュサイズを選択してろ過処理に使用される（特許文献１〜６）。【０００３】
ろ過処理の目的には被処理物の分離、濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級などがあるが、廃液をろ過することにより廃棄物の削減や環境保護にも役立っている。
一般的にろ過処理は、全量ろ過方式とクロスフローろ過方式の２種類に大別されるが、通常、セラミックフィルターはクロスフロー形式で運転される。【０００４】
クロスフローろ過方式は膜面に対し略平行な流れを作ることで、ろ過膜面を常に洗い流すことができものであり、処理流体中の懸濁物質やコロイドなどの付着物質がろ過膜面に堆積し目詰まりを抑制しながらろ過を行うものである。
このように、クロスフローろ過方式は、目詰りを抑制しながらろ過を行う方式であるため、一般に膜面流速（処理流体の流れのうち、ろ過膜の膜面に沿う領域の流速）が高いほど膜面への付着物質の堆積が抑制されることが知られている。すなわちろ過膜上の処理流体の流量や流速がろ過特性と付着物の洗い流しに大きく影響することが知られている。【０００５】
しかしながら、膜面流速を高めれば高めるほど、循環経路の耐圧強度を高める必要があると共に高出力のポンプ設備が必要になるなど設備費用が増加することはもちろん、運転に必要な消費エネルギーやランニングコストが増加してしまう。そのため、必要とされる処理量や洗浄効果との関係から、経済的な膜面流速を設計してろ過処理が行われているのが現状である。【０００６】
より具体的には、セラミックフィルターは全体が略円筒状の形状をしており、円筒状内に数個の管状流路が貫通している形態を備え、この管状流路の一端側から他端側へ、加圧された処理流体を流通させることでろ過が行われる。管状流路の内径は数ｍｍ〜数ｃｍ程度であるが、通常この内径に対して処理流体の流速を計算し、ろ過を実施するものである。【０００７】
ところが、前述のように、管状流路を流れる流体は、その中心側ほど流速が早く、ろ過面のある外側ほど流速（膜面流速）が遅い。したがって、管状流路内の流体の平均流速を単に増やしても、膜面流速を効率的に高めることが出来ず、エネルギーの有効利用につながらない。
また微細粒子を含むスラリーの場合、微細粒子は凝集体を形成しているので凝集体の内部に包含されている洗浄目的物を洗うことは難しい。【０００８】
次に、クロスフローろ過方式は目詰りを抑制しながらろ過を行う方式であるものの、ある程度使用すると細孔に付着物が堆積するなどして目詰まりが発生する。そのため洗浄用流体をセラミックフィルターの外側から内側の管状流路に通液する逆洗を実施することで、目詰まりを解消する。逆洗する洗浄用流体は有機溶媒、各種洗浄液もしくは純水などであるが、この場合も長い時間や多量の洗浄用流体が必要になるため、洗浄用流体の少量化と洗浄の効率アップも望まれていた。【０００９】
クロスフローろ過方式を採用すると共に固形成分を連続的に長時間に渡って効率よく除去することができる回転濾板式濾過機の提案が特許文献７に示すようになされている。この特許文献７に記載の濾過機は、回転軸に固定された一対の円板状のチャンバー板と、濾過室に配置され且つ一対の濾板の濾過面に堆積するケーキ層を掻き取るようにハウジングに固定されたスクレーパを備えたものであり、このような動的な除去手段を、一次側に処理流体を加圧送液しクロスフローにてろ過処理を行う中空筒状のろ過膜を備えたろ過膜モジュールに適用することは困難であった。
特許文献８及び９には、一次側に処理流体を加圧送液しクロスフローにてろ過処理を行う中空筒状のろ過面を備えたろ過膜モジュールにおいて、前記一次側流路内に配置された流れ調整器を備え、前記流れ調整器は、前記一次側流路内を通過中の前記処理流体の流れを、自らが駆動することなく変化させるものであり前記一次側流路内を通過中の前記処理流体の流れに前記一次側流路の周方向成分を与えるように構成されたことを特徴とするろ過膜モジュールに係る発明が開示されている。
ところが、特許文献８では、例えば回転素子と称される板体を螺旋状にねじり加工したものがモジュール内に設置されるが、乱流を発生する効果については記載されるものの、処理流体に対して遠心分離効果を付与するものではない。また、特許文献９では、「乱流誘起体」と称される螺旋形状の部材が支持パイプによって保持され、流入液に乱流を強制的かつ自動的に付与することが記載されている。しかしながら、支持パイプで保持された「乱流誘起体」が流入液に対して遠心分離効果を付与することは記載していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−０５７３５５号公報
【特許文献２】国際公開第９９／０５６８５１号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−２６３５１７号公報
【特許文献４】特開２００６−２６３６４０号公報
【特許文献５】国際公開第１３／１４７２７２号パンフレット
【特許文献６】特開２０１４−１８４３６２号公報
【特許文献７】特開２０１１−０１６０３７号公報
【特許文献８】実開昭５２−１３３２３８号公報
【特許文献９】実開昭５２−４９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ろ過処理の処理条件（ろ過膜モジュール内の一次側流路及び膜エレメントとハウジングの内周面との間の外環状流路内の流路径、その流路長、流速、流体圧力、流体の密度、粘度などのろ過処理の諸条件）を同一に設定した場合において、従来のろ過装置及びろ過方法に比べて、遠心分離効果や膜面流速（処理流体の流れのうち、ろ過膜の膜面に沿う領域の流速）を高めることができ、膜面への付着物質の堆積を抑制しつつ濾過効率を向上させることができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することを課題とする。【００１２】
また本発明は、ろ過処理に必要な消費エネルギーを低減することができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することを課題とする。
本発明は、逆洗時の処理の条件を同一に設定した場合において、従来のろ過装置及びろ過方法に比べて、膜エレメントの外周面における遠心分離効果や膜面流速（処理流体の流れのうち、膜エレメントの外周面に沿う領域の流速）を高めることができ、逆洗処理の効率を向上させることができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することを課題とする。【００１３】
また本発明は、逆洗処理に必要な消費エネルギーを低減することができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、一次側流路に処理流体を加圧送液し、クロスフローにてろ過処理を行う筒状のろ過面を備えたろ過膜モジュールにおいて、前記一次側流路は前記中空円筒状のろ過面の外側であり、前記一次側流路内を通過中の前記処理流体の流れを、自らが駆動することなく変化させるとともに、前記一次側流路内のろ過面に沿って流動する前記処理流体に遠心分離機能が発揮されるように構成された流れ調整器を、前記ろ過膜モジュールの一次側流路内に配置したものである。【００１５】
本発明はクロスフローろ過処理に適するろ過膜モジュールとして実施することができる。すなわち、中空筒状のろ過面によって規定される管状流路を少なくとも１つ備えた膜エレメントと、前記膜エレメントの外側に配置された筒状のハウジングとを備え、前記一次側流路が前記膜エレメントと前記ハウジングの内周面との間の外環状流路から構成され、二次側流路が前記管状流路から構成されることにより、クロスフローろ過処理を行うろ過膜モジュールに適用することができる。その際、前記流れ調整器は、前記管状流路内に敷設されたスパイラル状フィンであり、前記流れ調整器は、前記一次側流路内のろ過面に沿う領域で、処理流体に遠心分離機能が発揮されるように構成される。【００１６】
本発明は、外圧クロスフローろ過処理に適するろ過膜モジュールとして実施することができる。すなわち、中空筒状のろ過面によって規定される管状流路を少なくとも１つ備えた膜エレメントと、前記膜エレメントの外側に配置された筒状のハウジングとを備え、前記一次側流路が前記膜エレメントと前記ハウジングの内周面との間の外環状流路から構成され、前記二次側流路が前記管状流路から構成されることにより、外圧クロスフローのろ過処理を行う外圧式ろ過膜モジュールに適用することができる。その際、前記流れ調整器は、前記外環状流路内に敷設されたスパイラル状フィンであり、前記外環状流路内を通過中の前記処理流体の流れをスパイラル状となるように導き、前記外環状流路内を通過中の前記処理流体に遠心力が作用するように構成される。
前記スパイラル状フィンは、パイプや丸棒をコイル状に形成したものであっても構わないし、帯状平板をスクリュー（オーガー）状に形成したものであっても構わない。【００１７】
本発明を、内圧クロスフローろ過処理を行う内圧式のろ過膜モジュールに適用する場合において、前記外環状流路内に配置された逆洗用流れ調整器を備えたものとして実施することもできる。前記逆洗用流れ調整器は、前記外環状流路内を通過中の前記洗浄用流体の流れを、自らが駆動することなく変化させるものであり、
前記外環状流路内を通過中の前記洗浄用流体の流れを前記逆洗用流れ調整器にて変化させることにより、前記洗浄用流体のうち前記外環状流路内の前記膜エレメントの前記外周面に沿う領域における流速を、前記逆洗用流れ調整器を配置しない場合における前記外周面に沿う領域における流速に比べて、増大させる壁面流体加速機能が発揮されるように構成されることができる。
前記逆洗用流れ調整器は、前記外環状流路内に敷設されたスパイラル状フィンとして実施することができる。前記逆洗用流れ調整器の前記スパイラル状フィンは、パイプや丸棒をコイル状に形成したものであっても構わないし、帯状平板をスクリュー（オーガー）状に形成したものであっても構わない。【００１８】
また本発明は、上記のいずれかのろ過膜モジュールを用いて、前記処理流体の濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級のうち少なくとも１以上を目的とした前記処理流体のクロスフローろ過処理を行うことを特徴とするろ過処理方法を提供する。【００１９】
外圧クロスフローのろ過処理に適するろ過膜モジュールを用いる場合、粒子径の異なる複数の粒子を含む前記処理流体をろ過処理する方法として実施することが有利である。本発明を、外圧クロスフローのろ過処理に適用した場合、前記処理流体を前記外環状流路内に通過させる際、乱流状ではなく、処理流体が一次側流路の軸方向に回転しながら流れるため、前記粒子のうち粒子径の小さな粒子に対する遠心力よりも粒子径の大きな粒子に対する遠心力の方が大きくなり、粒子径の大きな粒子が前記ハウジング側へ移動することにより前記膜エレメントから離れるため、前記粒子径の小さな前記粒子の前記膜エレメントの通過が阻害されにくくなるようにした処理が実行される。これによって、前記処理流体の濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級のうち少なくとも１以上を目的とした前記処理流体のクロスフローろ過処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、従来のろ過装置及びろ過方法に比べて、膜面流速を高めることができ、膜面への付着物質の堆積を抑制しつつ濾過効率を向上させることができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することができたものである。
また本発明は、ろ過処理に必要な消費エネルギーを低減することができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することができたものである。【００２１】
本発明は、従来のろ過装置及びろ過方法に比べて、膜エレメントのろ過面における膜面流速を高めることができ、逆洗処理の効率を向上させることができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することができたものである。
また本発明は、逆洗処理に必要な消費エネルギーを低減することができるろ過膜モジュール及びろ過処理方法を提供することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態に係るろ過膜モジュールが適用されるろ過装置の回路図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１〜第３の実施の形態が適用されるろ過膜モジュールの要部断面説明図である。（Ｂ）は内圧クロスフローろ過の場合のろ過膜モジュールの構成要素の関係を示す要部断面図で、（Ｃ）は外圧クロスフローろ過の場合のろ過膜モジュールの構成要素の関係を示す要部断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るろ過膜モジュールの要部断面説明図であり、（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係るろ過膜モジュールの要部断面説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るろ過膜モジュールの要部断面説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るろ過膜モジュールの要部断面説明図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るろ過膜モジュールが適用されるろ過装置の回路図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るろ過膜モジュールの要部断面説明図であり、（Ｂ）は同実施の形態に係るろ過膜モジュールの変更例を示す要部断面説明図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）はそれぞれ同実施の形態に係るろ過膜モジュールのスパイラルフィンの変更例を示す要部断面図である。
【図９】同実施の形態に係るろ過膜モジュールの膜エレメントの変更例を示す斜視図である。
【図１０】ＰＬＧＡ粒子の粒度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（内圧クロスフローろ過処理）
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
クロスフローろ過処理は、内圧クロスフローろ過処理と外圧クロスフローろ過処理とに大別される。内圧クロスフローろ過処理は、内部に管状の流路を一次側流路として備えた膜エレメントに加圧された処理流体を通して、ろ過処理によって生じたろ過液を外側の二次側流路へ通過させる処理方式である。他方、外圧クロスフローろ過処理は、膜エレメントの内部の管状の流路を二次側流路として用いるものであり、膜エレメントの外側を一次側流路として、この外側の一次側流路に処理流体を通して、ろ過処理によって生じたろ過液を膜エレメントの内側の二次側流路へ通過させる処理方式である。膜エレメントはろ過面を構成するろ過膜及びろ過膜を支持する支持体１９を備え、ろ過膜は通常膜エレメントと一次側流路が接する面に設けられる。支持体１９はろ過膜による処理を阻害しないものが用いられる。より具体的に言うと、内圧クロスフローろ過処理の場合は、図２（Ｂ）で示すように、ろ過膜が膜エレメントの内部の管状の流路の内壁面に沿って設けられ、外圧クロスフローろ過処理の場合は、図２（Ｃ）で示すように、膜エレメントの外周面に沿って設けられる。
【００２４】
本発明は両ろ過処理に適用することができるが、図１乃至図５を参照して内圧クロスフローろ過処理に適するろ過装置についての３つの実施の形態（第１乃至第３の実施の形態）を示し、図６以降を参照して外圧クロスフローろ過処理に適するろ過装置についての実施の形態を示す。
【００２５】
（ろ過装置の概要）
まず図１を主に参照して、内圧クロスフローろ過処理に適するろ過装置の概要を説明する。図１に示す回路図は、微粒子分散液などの各種の処理流体に対してろ過処理用を行う装置の基本構成の一例を示すものであり、ろ過膜モジュール１１を複数用いたり、攪拌装置を用いたりするなど、種々の変更を加えて実施することができる。このろ過装置は、ハウジング１２と膜エレメント１３を備えたろ過膜モジュール１１と、ろ過膜モジュール１１の一次側導入口５１に対して送液ポンプ５６を介して接続された処理液タンク５５を備え、処理液タンク５５の内部の処理流体が、送液ポンプ５６によってろ過膜モジュール１１内に圧送される。圧送された処理流体は、膜エレメント１３内の一次側流路１４（図２（Ａ）参照）を通過し、一次側排出口５２から戻しバルブ６１を経て処理液タンク５５に戻される。処理液タンク５５に対しては、液供給源５７から処理流体などが必要に応じて供給される。液供給源５７から供給される液は、処理流体の他、洗浄液であったり、希釈液であったりしても構わないし、複数の供給源から異なる経路を通じて処理液タンク５５に供給されるものであっても構わない。液供給源５７からの液の供給の有無及び液の種類や量はろ過の目的などに応じて変更して実施することができる。
【００２６】
圧送された処理流体が膜エレメント１３内の一次側流路１４を通過することによって、クロスフローろ過処理がなされる。このろ過処理は、１パスであっても構わないが、ろ過膜モジュール１１と処理液タンク５５を結ぶ循環経路によって繰り返し行われるものであっても構わない。ろ過処理によって生じたろ過液は、膜エレメント１３の外側に排出され、ハウジング１２に設けられた二次側排出口５４から濾過液バルブ６２を介して濾過液排出先５９へ排出される。
ろ過処理が完了した処理流体は、循環経路の適宜箇所に設けられた経路から処理物排出先５８に排出される。
【００２７】
以上が通常のろ過処理時に用いられる回路および流体の流れであるが、膜エレメント１３を洗浄する場合には、洗浄液供給源６０からの洗浄用流体（有機溶媒、洗浄液や純水など）が、ハウジング１２に設けられた二次側導入口５３へ、洗浄液バルブ６３を介して圧送される。ハウジング１２内に導入された洗浄用流体は、膜エレメント１３の外周面から内部の一次側流路１４へ導入されて、一次側導入口５１及び一次側排出口５２から処理液タンク５５などへ排出される。また、図示はしないが洗浄液は循環しても構わない。
【００２８】
（ろ過膜モジュール１１の概要）
次に、主として図２を参照して、ろ過膜モジュール１１の概要について説明する。ろ過膜モジュール１１は、膜エレメント１３と、膜エレメント１３の外側に配置された筒状のハウジング１２とを備えている。膜エレメント１３は、中空筒状のろ過面１５によって規定される管状流路である一次側流路１４を少なくとも１つ（図２では4つ）備える。膜エレメント１３の両端は、前述の一次側導入口５１と一次側排出口５２にそれぞれ繋がっており、一次側導入口５１と一次側排出口５２を介して外部の回路と接続され、一次側導入口５１から加圧された処理流体が一次側流路１４内に導入されて、クロスフローろ過処理後の処理流体が、一次側排出口５２から排出される。
【００２９】
ろ過面１５を構成するろ過膜には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等のセラミック系材料が主に用いられるが、ステンレス製やガラス製の膜や、ポリエチレン、4フッ化エチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等の有機膜であっても構わない。これらは、ＭＦ膜（Micro filtration)、ＵＦ膜（Ultra filtration)、ＮＦ膜（Nano filtration)など、被処理物の物性やろ過処理の目的に合わせて種類やサイズを選択してろ過処理に使用される。なお、セラミックフィルターはセラミック製であることから耐蝕性、耐熱性、耐圧性、耐背圧性、耐久性、洗浄性など利点が多いため特に有利である。
【００３０】
ろ過面１５の濾過膜を支持する支持体１９は多孔質のセラミック系材料が一般的であるがステンレス製や多孔質の樹脂製チューブであっても構わない。
ハウジング１２は、中空の筒状体で金属や合成樹脂などの液密性と耐圧性を備えた素材で構成されている。ハウジング１２の内壁と膜エレメント１３の外壁の間の空間が外環状流路である二次側流路１６を構成するものである。図示は省略するが、ハウジング１２と膜エレメント１３との両端は支持部材によって支持されており、ハウジング１２に設けられた二次側導入口５３や二次側排出口５４などの他の構成部材を含めて一つのろ過膜モジュール１１が構成されている。
なお、図２（Ｂ）は内圧クロスフローろ過処理における、ろ過膜モジュール１１、ハウジング１２、膜エレメント１３、一次側流路１４、ろ過面（ろ過膜）１５、二次側流路１６及び支持体１９の関係を図示したもので、図２（Ｃ）は外圧クロスフロー処理における各要素の関係を図示したものである。
【００３１】
本発明においては、一次側流路１４の内部に図３や図４に示す流れ調整器１７が配置される。また外環状流路である二次側流路１６の内部に図５に示す逆洗用流れ調整器１８が配置される。流れ調整器１７と逆洗用流れ調整器１８とは併用しても構わないし、一方のみを配置して実施しても構わない。
【００３２】
（第１の実施の形態：図４参照）
この実施の形態に係る流れ調整器１７は、スタティックミキサー２１として実施されている。スタティックミキサー２１は、矩形のブレードを１８０度ねじった形態の複数のエレメント２２を一次側流路１４の軸方向に配列したものであり、エレメント２２は、ねじれの方向の異なる右エレメントと左エレメントとが交互に配列されているのが一般的であるが、流れ調整器１７として適用する場合には、その流体の分割作用や反転作用による攪拌混合、分散作用も有効であるが、エレメント２２による流体の転換作用が重要である。即ち、処理流体は、エレメント２２のねじれ面の流線形状面に沿って流れの方向が変化する際に、処理流体には軸方向に回転する流れが生じる。これにより処理流体のうち管状の一次側流路１４の中心部を流れている流体は内周面へ移動し、この移動した流体によって押されるようにして内周面を流れている流体は中心部へ移動する。その結果、エレメント２２によって仕切られた断面半円形の流路内で流体が回転する流れとなり、一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域の流速を、スタティックミキサー２１を設けない場合に比べて、高めることができる流体加速機能が発揮される。したがって、エレメント２２は、ねじれの方向の異なる右エレメントと左エレメントとが交互に配列されているものであっても構わないが、右エレメントと左エレメントのいずれか一方のエレメントが、連続的に配置されているものであっても構わない。
【００３３】
上記の流体の分割作用や反転作用による攪拌混合、分散作用が有効である一例としては、処理流体が微細粒子を含むスラリーの場合を挙げることができる。スラリーの場合、微細粒子は凝集体を形成しているので凝集体の内部に包含されている目的物をろ過により除去することが困難であるが、上記の攪拌混合、分散作用が有効に発揮されることにより、凝集体の内部に包含されている目的物をろ過により除去する作用が促進される。
【００３４】
このスタティックミキサー２１は、一次側流路１４の全長にわたって設けても構わないし、一部分に設けても構わないし、断続的に設けても構わない。
スタティックミキサー２１を一次側流路１４内に配置する構造は、スタティックミキサー２１の両端または一端を、ろ過膜モジュール１１の両端の支持部材に固定する構造や、スタティックミキサー２１の両端または一端を、膜エレメント１３の両端または一端に直接または間接的に支持させる構造を例示することができる。なお、エレメント２２の外周は一次側流路１４のろ過面１５に接触あるいは固定されていても構わないし、若干の間隔が空けられたものであっても構わない。
【００３５】
（第２の実施の形態：図３（Ａ）参照）
この実施の形態に係る流れ調整器１７は、スパイラル状フィン３１として実施されている。スパイラル状フィン３１は、一次側流路１４の軸方向へ螺旋状に旋回しながら伸びるものであり、スパイラル状フィン３１によって規定された螺旋状の流路内に沿って流れる螺旋流となり、一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域の流速を高めることができる流体加速機能が発揮される。また螺旋流では遠心力の効果が働き、大きな微粒子がろ過面の方向に優先的に移行し小さな微粒子はろ過面から離れる方向に移行される分級効果も生まれる。その結果目詰まりが起こりにくいのでフィルター自体の処理能力が増加する利点が生じる。なおスパイラル状フィン３１のねじれの方向は右螺旋でも構わないし左螺旋であっても構わないし、両螺旋が、一次側流路１４の軸方向において変化されているものであっても構わない。スパイラル状フィン３１を複数設けることによって、２重以上の多重の螺旋構造としても構わない。
【００３６】
このスパイラル状フィン３１は、一次側流路１４の全長にわたって設けても構わないし、一部分に設けても構わないし、断続的に設けても構わない。
スパイラル状フィン３１を一次側流路１４内に配置する構造は、スパイラル状フィン３１の両端または一端を、ろ過膜モジュール１１の両端の支持部材に固定する構造や、スパイラル状フィン３１の両端または一端を、膜エレメント１３の両端または一端に直接または間接的に支持させる構造を例示することができる。なお、スパイラル状フィン３１の外周は一次側流路１４のろ過面１５に接触あるいは固定されていても構わないし、若干の間隔が空けられたものであっても構わない。
【００３７】
（流れ調整器１７の他の実施の形態：図３（Ｂ））
流れ調整器１７は、一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域の流速を高めるものであればよいので、スタティックミキサー２１やスパイラル状フィン３１以外の形態でも実施することができる。例えば、一次側流路１４内に丸棒あるいは円管３２を挿入することによって、一次側流路１４の中央部分を流れる流体を一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域に移動する流れを作る形態を示すことができる。なお、円管を使用する場合は、その両端を適宜の手段で閉鎖する必要がある。
但し、これらの丸棒あるいは円管は、流体の流れ方向を変更するものである以上、その流れの抵抗となる。従ってこの抵抗によって、処理流体の全体の流速が低下する結果、一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域の流速を逆に低くするものであってはならない点を考慮しつつ、その直径や本数を設定して実施することができる。
また図示はしないが、例えば、一次側流路１４の軸方向に伸びる支持棒に傾斜板や円錐体を設けるなど、一次側流路１４の中央部分を流れる流体を一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域に移動される流れを作る形態を示すことができる。但し、これらのスタティックミキサー２１、スパイラル状フィン３１、傾斜板及び円錐体は、流体の流れ方向を変更するものである以上、その流れの抵抗となる。従ってこの抵抗によって、処理流体の全体の流速が低下する結果、一次側流路１４内のろ過面１５に沿う領域の流速を逆に低くするものであってはならない点を考慮しつつ、その形状や、傾斜角度やリード角の値や、大きさや個数を設定して実施することが適当である。
【００３８】
（第３の実施の形態：図５参照）
第３の実施の形態は、逆洗用流れ調整器１８の実施の形態に関するものである。この例では、逆洗用流れ調整器１８はスパイラル状フィン４１として実施されている。スパイラル状フィン４１は、外環状流路である二次側流路１６の軸方向へ螺旋状に旋回しながら伸びるものであり、逆洗用の洗浄用流体はスパイラル状フィン４１によって規定された螺旋状の流路内に沿って流れる螺旋流となり、二次側流路１６内の膜エレメント１３の外周面に沿う領域の流速を高めることができる壁面流体加速機能が発揮される。また洗浄液の使用量を低減する目的で洗浄液を循環し使用する場合、螺旋流では洗浄液中の異物が遠心力の働きでハウジング側へ移行し清澄な洗浄液が優先的にフィルター側へ供給できることも大きな利点である。なおスパイラル状フィン４１のねじれの方向は右螺旋でも構わないし左螺旋であっても構わないし、螺旋の方向が、二次側流路１６の軸方向において変化しているものであっても構わない。このスパイラル状フィン４１は、二次側流路１６の全長にわたって設けても構わないし、一部分に設けても構わないし、断続的に設けても構わない。スパイラル状フィン４１は複数設けることによって、２重以上の多重の螺旋構造としても構わない。
【００３９】
スパイラル状フィン４１を二次側流路１６内に配置する構造は、スパイラル状フィン４１の両端または一端を、ろ過膜モジュール１１の両端の支持部材に固定する構造や、スパイラル状フィン４１の両端または一端を、ハウジング１２又は膜エレメント１３両端または一端に直接または間接的に支持させる構造を例示することができる。なお、スパイラル状フィン４１の外周は二次側流路１６の外周面又は内周面に接触あるいは固定されていても構わないし、若干の間隔が空けられたものであっても構わない。
【００４０】
（逆洗用流れ調整器１８の他の実施の形態：図なし）逆洗用流れ調整器１８は、二次側流路１６内の膜エレメント１３の外周面に沿う領域の流速を高めることができるものであればよく、スパイラル状フィン４１以外の形態でも実施することができる。例えば、傾斜板などの部材を二次側流路１６の軸方向に伸びる支持棒に設けたり、ハウジング１２の内周面に傾斜した突起を設けるなど、二次側流路１６の中央部分を流れる流体を二次側流路１６内の膜エレメント１３の外周面に沿う領域に移動される流れを作る形態を示すことができる。但し、これらのスパイラル状フィン４１、傾斜板及び突起などの部材は、流体の流れ方向を変更するものである以上、その流れの抵抗となる。従ってこの抵抗によって、洗浄用流体の全体の流速が低下する結果、二次側流路１６内の膜エレメント１３の外周面に沿う領域の流速を低くするものであってはならない点を考慮しつつ、その形状や、傾斜角度やリード角の値や、大きさや個数を設定して実施することが適当である。
【００４１】
（外圧クロスフローろ過処理）
次に図６及び図７を参照して、外圧クロスフローろ過処理に適するろ過装置の概要を説明する。
【００４２】
図６に示す回路図は、微粒子分散液などの各種の処理流体に対してろ過処理用を行う装置の基本構成の一例を示すものであり、ろ過膜モジュール１１１を複数用いたり、攪拌装置を用いたりするなど、種々の変更を加えて実施することができることは先に示した内圧クロスフローろ過処理の場合と同様である。
【００４３】
このろ過装置は、図７（Ａ）（Ｂ）にそれぞれ示すようにハウジング１１２と膜エレメント１１３を備えたろ過膜モジュール１１１とを備え、ハウジング１１２と膜エレメント１１３との間の外環状流路が一次側流路１１４となり、膜エレメント１１３内の管状流路が二次側流路１１６となる。
【００４４】
このろ過膜モジュール１１１の一次側導入口１５１に対して送液ポンプ１５６を介して処理液タンク１５５が接続され、処理液タンク１５５の内部の処理流体が、送液ポンプ１５６によってろ過膜モジュール１１１内に圧送される。圧送された処理流体は、ハウジング１１２と膜エレメント１１３との間の外環状流路である一次側流路１１４を通過し、一次側排出口１５２から戻しバルブ１６１を経て処理液タンク１５５に戻される。処理液タンク１５５に対しては、液供給源１５７から処理流体などが必要に応じて供給される。
【００４５】
凝集や沈降の生ずるおそれのある粒子が処理流体に含まれている場合、その凝集や沈降を抑制するために撹拌装置１５３を処理液タンク１５５に配置し、処理液タンク１５５内部の処理流体を撹拌することも好ましい。
なお液供給源１５７から供給される液は、処理流体の他、洗浄液であったり、希釈液であったりしても構わないし、複数の供給源から異なる経路を通じて処理液タンク１５５に供給されるものであっても構わない。液供給源１５７からの液の供給の有無及び液の種類や量はろ過の目的などに応じて変更して実施することができる。
【００４６】
圧送された処理流体が一次側流路１１４を通過することによって、膜エレメント１１３の外周面をろ過面１１５として、クロスフローろ過処理がなされる。このろ過処理は、１パスであっても構わないが、ろ過膜モジュール１１１と処理液タンク１５５を結ぶ循環経路によって繰り返し行われるものであっても構わない。ろ過処理によって生じたろ過液は、膜エレメント１１３の内側に排出され、管状流路である二次側流路１１６につながる二次側排出口１５４から濾過液バルブ１６２を介して濾過液排出先１５９へ排出される。
ろ過処理が完了した処理流体は、循環経路の適宜箇所に設けられた経路から処理物排出先１５８に排出される。
【００４７】
以上が通常のろ過処理時に用いられる回路および流体の流れであるが、膜エレメント１１３を洗浄する場合には、洗浄液供給源１６０からの洗浄用流体（有機溶媒、洗浄液や純水など）が、ろ過膜モジュール１１１の二次側流路１１６へ、洗浄液バルブ１６３を介して圧送される。ろ過膜モジュール１１１へ導入された洗浄用流体は膜エレメント１１３の管状流路である二次側流路１１６の内周面から膜エレメント１１３の外周面へ流出して一次側流路１１４へ経て、一次側導入口１５１及び一次側排出口１５２から処理液タンク１５５などへ排出される。また、図示はしないが洗浄液は循環するように構成しても構わない。
【００４８】
（ろ過膜モジュール１１１の概要）
次に、図７を参照して、ろ過膜モジュール１１１の概要について説明する。ろ過膜モジュール１１１は、膜エレメント１１３と、膜エレメント１１３の外側に配置された筒状のハウジング１１２とを備えている。筒状のハウジング１１２の内周面と膜エレメント１１３の間の外環状流路が一次側流路１１４を構成し、膜エレメント１１３を貫通する少なくとも１つ（図２では４つ）の管状流路が二次側流路１１６を構成する。
【００４９】
ろ過膜モジュール１１１の両端は、前述の一次側導入口１５１と一次側排出口１５２にそれぞれ繋がっており、一次側導入口１５１と一次側排出口１５２を介して外部の回路と接続され、一次側導入口１５１から加圧された処理流体が一次側流路１１４内に導入されて、クロスフローろ過処理後の処理流体が、一次側排出口１５２から排出される。
【００５０】
ろ過面１１５を構成する膜エレメント１１３には、内圧クロスフローろ過処理のろ過膜と同様のものを採用することができる。また、濾過膜を支持する支持体は多孔質のセラミック系材料が一般的であるがステンレス製や多孔質の樹脂製チューブであっても構わない。
ハウジング１１２は、中空の筒状体で金属や合成樹脂などの液密性と耐圧性を備えた素材で構成されている。
【００５１】
図示は省略するが、ハウジング１１２と膜エレメント１１３との両端は支持部材によって支持されており、ハウジング１１２に設けられた導入口や排出口などの他の構成部材を含めて一つのろ過膜モジュール１１１が構成されている。
【００５２】
（流れ調整器１１７）
本発明においては、一次側流路１１４の内部に図７に示す流れ調整器１１７が配置される。
この実施の形態に係る流れ調整器１１７は、スパイラル状フィン１３１として実施されている。スパイラル状フィン１３１は、一次側流路１１４の軸方向へ螺旋状に旋回しながら伸びるものである。このスパイラル状フィン１３１は、一次側流路１１４の軸方向に流れる処理流体の流れを、自らが駆動することなく変化させる（周方向成分を与えるように変化させる）ものである。これにより、スパイラル状フィン１３１によって規定された螺旋状の流路内に沿って流れる処理流体は螺旋流となり、遠心力が作用する。その結果、大きな微粒子が半径方向の外側への方向（すなわちろ過面１１５から離れる方向）に相対的に移行する一方、小さな微粒子が半径方向の内側への方向（すなわちろ過面１１５に近づく方向）へ相対的に移行する。従って、処理流体中の粒子のうち粒子径の小さなもののみを、ろ過面１１５を経て二次側流路１１６へ通過させる一方、処理流体中の粒子径の大きなもののみを、一次側流路１１４へ残す処理が促される。よって、この実施の形態に係るろ過膜モジュール１１１は、分級作用を処理流体に与える必要がある流体処理に適用するのに有利である。
【００５３】
（流れ調整器の作用の比較）
先に示した第１ないし第３の実施の形態に係る内圧クロスフローろ過処理にあっては、膜エレメント１３内の管状流路である一次側流路１４に、処理流体が通される。管状流路内のスパイラル状フィン３１による螺旋状の流れによって遠心力が処理流体に働く。
【００５４】
処理流体について固液を分離する場合は、処理流体中の固体成分の粒子が膜エレメント１３を通過せずに、液体成分のみが膜エレメント１３が通過して二次側流路１６へ移動する処理を行うことになる。
その際、遠心力が働くと、比較的大きな粒子は管状流路の内壁面のろ過面１５に相対的に近づき、比較的小さな粒子は管状流路の内壁面のろ過面１５から相対的に遠ざかる。ここで、比較的小さな粒子は、ろ過面１５のろ過開口に比較的に近い大きさであり、ろ過面１５の目詰まりの原因となるため、これがろ過面１５から相対的に遠ざかることによって、ろ過面１５の目詰まりの発生を抑制することができる。
【００５５】
他方、処理流体について固/固を分離する分級処理を伴う場合には、ふるい分けるために小さな粒子のみをろ過面１５を通過させて大きな粒子はろ過面１５を通過しないように操作しなければならない。ところが、内圧クロスフローろ過処理にあっては、上述のように、処理流体に遠心力が働くと、比較的大きな粒子は管状流路の内壁面のろ過面１５に相対的に近づき、比較的小さな粒子は管状流路の内壁面のろ過面１５から相対的に遠ざかってしまう。従って内圧クロスフローろ過処理にて分級処理を伴う場合には、遠心力は分級処理の効率を低下させる方向で作用するおそれがある。
【００５６】
これに対して、外圧クロスフローろ過処理に係るこの実施の形態にあっては、ろ過面１１５が一次側流路１１４の内側に位置している。その結果、上述の内圧クロスフローろ過処理の場合とは逆に、処理流体に遠心力が働くと、比較的大きな粒子は外環状流路である一次側流路１１４の外側に相対的に移行して、ろ過面１１５から相対的に遠ざかり、比較的小さな粒子は一次側流路１１４の内側に相対的に移行して、ろ過面１１５へ相対的に近づく。従って外圧クロスフローろ過処理にて分級処理を伴う場合には、遠心力は分級処理の効率を向上させる方向で作用することになる。
【００５７】
（一次側流路１１４の流量と分級サイズとの関係）
この実施の形態に係るろ過膜モジュール１１１を用いて分級を行う場合、目的の分級サイズに応じて一次側流路１１４の流量（一次側流量）を変更して実施することが好ましい。
【００５８】
上述の通り一次側流路１１４内で螺旋状の流れが発生することにより、処理流体に含まれる粒子には遠心力がかかる。そのため、分級サイズより大きな粒子が流路外側（ハウジング側）に移動するよう流量を設定することで、分級速度がアップする。例えば、メッシュサイズ１５μmの膜エレメント１１３を用いて１５μm以下の粒子を分級（除去）する場合、実験結果及び遠心力計算より約１０L/min（コイルとコイルの間を流れる液について、コイル間の断面積から流速換算すると約０．７２m/sec）が好ましい。それ以上一次側流量を増加させると、膜エレメント１１３のろ過面１１５を通過させて二次側流路１１６へ抜きたい（ふるい分けたい）１５μm以下の粒子（特に１０〜１５μmの粒子）がろ過面１１５の外側を通りすぎて、ろ過面１１５を通過することなく、一次側排出口１５２から排出されてしまう粒子の割合が多くなる傾向を示す（表３の実施例Ｂ1と実施例Ｂ２、Ｂ３との比較）。従って、分級サイズに応じて一次側流路１１４の流量を調整して実施することが好ましい。
【００５９】
（スパイラル状フィン１３１の形態）
スパイラル状フィン１３１の形態は、処理流体にスパイラル状の流れを作り出すことで遠心力を発生させることができるものであれば特に限定はされない。具体的には、図７（Ｂ）に示すような板状のフィンであっても構わないし、図７（Ａ）に示す大小２種類のフィンであっても構わない。図７（Ａ）に示すものは、断面形状において径の小さな小径部１３２と径の大きな大径部１３３との２つのフィンを繋げずに並べて配置したもので、小径部１３２が大径部１３３の内側に配置されている。このようにスパイラル状フィン１３１の一次側流路１１４の軸心に沿う断面形状に関して、ろ過面１１５に近い領域と遠い領域とに二分した際に、近い領域では遠い領域に比べて断面積を小さくすることによって、ろ過面１１５に近い領域では十分な流路面積を確保するとともに、ろ過面１１５から遠い領域では流路面積を制限することで、ろ過面１１５に近い領域へ処理流体全体を近づけて処理効率の向上を図ることができるようにしたものである。
【００６０】
スパイラル状フィン１３１のねじれの方向は右螺旋でも構わないし左螺旋であっても構わないし、両螺旋が、一次側流路１１４の軸方向において変化されているものであっても構わない。スパイラル状フィン１３１は複数設けることによって、２重以上の多重の螺旋構造としても構わない。
【００６１】
また例えば、スパイラル状フィン１３１を、図８（Ａ）に示すようにハウジング１１２、膜エレメント１１３に接するように配置しても構わないし、図８（Ｂ）に示すように、ハウジング１１２の内周面寄りに配置しても構わないし、図８（Ｃ）に示すようには、膜エレメント１１３の外周面寄りに配置しても構わないし、図８（Ｄ）に示すように、多重の螺旋構造とする際に一方のスパイラル状フィン１３１をハウジング１１２の内周面寄りに配置し、他方のスパイラル状フィン１３１を膜エレメント１１３の外周面寄りに配置しても構わない。
【００６２】
このスパイラル状フィン１３１は、一次側流路１１４の全長にわたって設けても構わないし、一部分に設けても構わないし、断続的に設けても構わない。
スパイラル状フィン１３１を一次側流路１１４内に配置する構造は、スパイラル状フィン１３１の両端または一端を、ろ過膜モジュール１１１の両端の支持部材に固定する構造や、スパイラル状フィン１３１の両端または一端を、膜エレメント１１３の両端または一端に直接または間接的に支持させる構造を例示することができる。なお、スパイラル状フィン１３１の内周は一次側流路１１４のろ過面１１５に接触あるいは固定されていても構わないし、若干の間隔が空けられたものであっても構わないが、若干の間隔が空けられたものの方がより好ましい。同様に、スパイラル状フィン１３１の外周はハウジング１１２に接触あるいは固定されていても構わないし、若干の間隔が空けられたものであっても構わない。
【００６３】
（逆洗）
膜エレメント１１３の目詰まりを解消することを主な目的として、常に従って逆洗することができる。
洗浄する場合には、洗浄液供給源１６０からの洗浄用流体が、膜エレメント１１３の管状流路である二次側流路１１６の内周面から膜エレメント１１３の外周面へ流出して一次側流路１１４へ経て、排出される。これによって、膜エレメント１１３の目に詰まった粒子が、一次側流路１１４へ排出され、目詰まりが解消される。この洗浄は、定期的に行うようにしても構わないし、不定期に行うものであっても構わない。
【００６４】
（二次側排出量と分級効率との関係）
実施に際しては、二次側の濾過液バルブ１６２の開度を変更し、二次側排出量を調整することが好ましい。二次側排出量を小さくするに従って膜エレメント１１３のろ過面１１５に目詰まりが生じにくくなる反面、分級速度は遅くなる傾向を示す。他方、二次側排出量を大きくするに従って分級速度は早くなるがろ過面１１５に目詰まりが生じ易くなるため逆洗の回数を多くする必要が生じる。ろ過面１１５の目詰まりが早い場合、初期の粒子透過量が多くても、全体的な粒子透過量は少なくなり、最終的に分級時間が長くなる場合がある。
従って、総合的な分級効率を考慮して二次側排出量を調整することが好ましい。
【００６５】
（膜エレメント１１３の変更例）
膜エレメント１１３に関しても、種々変更して実施することができるものであり、二次側流路１１６の本数や大きさを変更する他、膜エレメント１１３の断面形状を図９に示すような多数のプリーツを備えたプリーツ型のものに変更することによってろ過面積を大きくして実施することもできる。
【００６６】
（ろ過膜モジュール１１１の変更例）
流れ調整器１１７は、処理流体にスパイラル状の流れを作り出すことで遠心力を発生させることができるものあればよく、スパイラル状フィン１３１以外の形態でも実施することができる。例えば、一次側流路１１４の軸方向に伸びる空間に傾斜板や円錐体を設けるなど、一次側流路１１４を流れる流体を周方向に移動させる成分を与える形態を示すことができる。但し、スパイラル状フィン１３１、傾斜板及び円錐体は、流体の流れ方向を変更するものである以上、その流れの抵抗となる。従ってこの抵抗によって、処理流体の全体の流速が低下して処理効率が低下する点を考慮しつつ、その形状や、傾斜角度やリード角の値や、大きさや個数を設定して実施することが適当である。なお、管状流路である二次側流路１１６の内部に第１ないし第３の実施の形態に示す流れ調整器１７を併用しても構わない。
【００６７】
（ろ過処理方法）
本発明のろ過膜モジュールは、内圧クロスフローろ過処理と外圧クロスフローろ過処理共に、従来のろ過膜モジュールと同様、処理流体の濃縮、精製、溶媒置換、ｐＨ調整、導電率調整、微粒子洗浄、微粒子表面処理、分級などの様々な目的のためのクロスフローろ過処理方法に適用することができる。前述の通り、その目的や処理流体の種類や態様に応じて、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜などを選択して実施することができるとともに、ろ過装置の回路を変更するなどして実施することができる。例えば、処理流体の濃縮を目的とする処理にあっては、処理液タンクに対して処理中に洗浄液などを供給せずに循環経路によってクロスフローろ過処理を行うことができるし、処理流体のｐＨ調整や導電率調整を目的とする処理にあっては、本願出願人にかかる特許第６１４４４４７号や特許第６１５１４６９号に係る発明を適用して実施することも可能である。
【実施例】
【００６８】
以下本発明の理解を高めるために実施例を示すが本発明はこの実施例に限定して理解されるべきではない。
表1及び表２に示す実施例Ａ１ないしＡ５は、図３（Ａ）に示す流れ調整器１７を備えたろ過膜モジュールを作製し、内圧クロスフローろ過を想定したものである。
表３に示す実施例Ｂ１ないしＢ６は、図７（Ａ）に示す流れ調整器１１７を備えたろ過膜モジュールを作成したものであり、比較例Ｂ１は、実施例Ｂ１について流れ調整器１１７を設けないろ過膜モジュールを作成したものである。
それぞれの実施例では、濃度1wt％のポリビニルアルコール水溶液4kgに対してＰＬＧＡ粒子を110g混合したものを用いた。混合後の未処理の処理流体中のＰＬＧＡ粒子の粒度分布は図10（A）に示したとおりである。【００６９】
【表１】
2018235901.tif 000003
【００７０】
（実施例Ａ１〜Ａ２）
表1に示す実施例は、内圧クロスフローろ過を想定し、内径６ｍｍのセラミックフィルターにサイズの異なるスパイラル状のフィンを挿入した際の処理流体の流速の変化及びフィルターが目詰まりするまでの時間を確認している。比較例Ａ１は、スパイラル状のフィンを挿入しない状態でのフィルター内部の流速を示す。
何れもスパイラル状のフィンを挿入した場合は、スパイラル状のフィンを挿入しない比較例Ａ1に比べて、スパイラル状のフィンが発生する遠心分離効果によってフィルター内部の流速が増加し、挿入するスパイラル状のフィンのサイズが大きい場合の方がフィルター内部の膜面流速が大きくなっている。遠心分離効果と膜面流速の増加に伴い、フィルターが目詰まりするまでの時間が長くなっていることがわかる。つまり、連続で内圧クロスフローろ過処理を行う場合、フィルターが目詰まりするまでの時間が長くなると、逆洗を実施する回数/頻度が減少するので、全体としてろ過効率の向上に繋がる。なお、処理流体は、ポリビニルアルコール水溶液に対してＰＬＧＡ粒子を混合したものを使用した。
フィルターのサイズ：外径φ10mm、内径φ6mm、長さ250mm
ハウジングのサイズ：外径φ16mm、内径φ14mm、長さ254mm
挿入したスパイラル状のフィンのサイズ（スパイラル状フィンの外径）：φ3mm、φ4mm
処理流体の流量：5L/min【００７１】
【表２】
2018235901.tif 000004
【００７２】
（実施例Ａ３〜Ａ５）
表２に示す実施例は、内圧クロスフローろ過を想定し、内径５０．５ｍｍのＳＵＳフィルターにスパイラル状のフィンを挿入した際の処理流体の流速の変化及びフィルターが目詰まりするまでの時間を確認している。比較例Ａ２は、スパイラル状のフィンを挿入しない状態でのフィルター内部の流速を示す。
上記表１による実施例と同様に、何れもスパイラル状のフィンを挿入した場合は、スパイラル状のフィンを挿入しない比較例Ａ２に比べて、スパイラル状のフィンが発生する遠心分離効果によってフィルター内部の流速が増加し、挿入するスパイラル状のフィンのサイズが大きい場合の方がフィルター内部の膜面流速が大きくなっている。遠心分離効果と膜面流速の増加に伴い、フィルターが目詰まりするまでの時間が長くなっていることがわかる。つまり、連続で内圧クロスフローろ過処理を行う場合、フィルターが目詰まりするまでの時間が長くなると、逆洗を実施する回数/頻度が減少するので、全体としてろ過効率の向上に繋がる。なお、処理流体は、ポリビニルアルコール水溶液に対してＰＬＧＡ粒子を混合したものを使用した。
フィルターのサイズ：外径φ58.5mm、内径φ50.5mm、長さ241.5mm
ハウジングのサイズ：外径φ88.9mm、内径φ84mm、長さ341mm
挿入したスパイラル状のフィンのサイズ：φ35mm、φ40mm、φ45mm
処理流体の流量：30L/min【００７３】
【表３】
2018235901.tif 000005
【００７４】
（実施例Ｂ１〜Ｂ６）
各ろ過膜モジュールを用いて外圧クロスフローろ過処理により分級処理を行った結果を表１に示す。
表１において、フィルター面積は膜エレメント１１３のろ過面１１５の総面積を示し、メッシュサイズは膜エレメント１１３のろ過面１１５の開口大きさを示し、１５μm以下を分級（除去）処理する実験を行なった。
ハウジング１１２の内径は84mmであり、膜エレメント１１３の外径は58.5mm（円筒型の場合）であり、両者間の間隔は半径方向において12.75mmであった。スパイラル状フィン１３１は、膜エレメント１１３の略全長にわたって配置されたもので、小径部１３２の直径が3mmであり、大径部１３３の直径が9mmであり、リード角が22度であった。処理液は、ポリビニルアルコール水溶液に対してＰＬＧＡ粒子を混合したものを用いた。【００７５】
表３において、分級速度は、粒子透過量÷サンプリング時間で求めたもので、単位時間当たりの二次側への粒子の透過量を分級速度として示した。粒子透過量は、測定するために、表３に示す所定時間ごとに二次側排出液をサンプリングし、そのサンプリングした二次側排出液中に含まれる粒子量を重量にて測定した。【００７６】
最大粒子透過量は、二次側排出液を所定時間ごとにサンプリングし、そのサンプリングした二次側排出液中に含まれる粒子量を重量にて測定したものを粒子透過量とし、複数のサンプリング結果のうちの最大値を表３に示した。
最大粒子濃度は、上記のサンプリングごとに、粒子濃度＝粒子透過量÷サンプリング量×1000として粒子濃度を求め、複数のサンプリング結果のうちの最大値を表３に示した。【００７７】
最大分級速度は、上記のサンプリングごとに、分級速度＝粒子透過量÷サンプリング時間として分級速度を求め、複数のサンプリング結果のうちの最大値を表３に示した。【００７８】
（分級結果）
分級結果を図１０に示す。図１０はＰＬＧＡ粒子の粒度分布を示すグラフであり、（Ａ）は未処理の処理流体（即ち、処理液タンク１５５に液供給源１５７からの処理流体）中のＰＬＧＡ粒子の粒度分布を示すもので、（Ｂ）は実施例Ｂ３の処理後の処理流体（即ち、処理後に処理物排出先１５８に排出される処理流体）中のＰＬＧＡ粒子の粒度分布を示すもので、（Ｃ）は実施例Ｂ６の処理後の処理流体（即ち、処理後に処理物排出先１５８に排出される処理流体）中のＰＬＧＡ粒子の粒度分布を示すものである。これらのグラフから明らかな通り、実施例Ｂ３及びＢ６の処理流体にあっては１５μm以下の粒子が確実に分級（除去）されたことが確認された。処理流体を外環状流路内に通過させる際、粒子のうち粒子径の小さな粒子に対する遠心力よりも粒子径の大きな粒子に対する遠心力の方が大きくなり、粒子径の大きな粒子がハウジング側へ移動することにより膜エレメントから離れるため、粒子径の小さな粒子の膜エレメントの通過が阻害されにくくなっている。【００７９】
以上、実施例Ｂ４と実施例Ｂ５を除く全ての実施例においては、最大粒子濃度が比較例Ｂ１を上回った。また実施例Ｂ２と実施例Ｂ５を除く全ての実施例においては、最大分級速度が比較例Ｂ１を上回った。実施例Ｂ２と実施例Ｂ５は最大分級速度が比較例Ｂ１を下回ったが、表３に示すようにフィルター（膜エレメント１１３）が目詰まりするまでの時間が比較例Ｂ１を上回っていた。
上記内容から、分級速度の速い／遅い、二次側排出液の粒子濃度の高い／低い及び目詰まり発生までの経過時間の長い／短いをもって、処理の条件や目的に応じて分級効率の良否を総合的に判断して実施することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１１，１１１  ろ過膜モジュール
１２，１１２  ハウジング
１３，１１３  膜エレメント
１４，１１４  一次側流路
１５，１１５  ろ過面（ろ過膜）
１６，１１６  二次側流路
１７，１８，１１７  流れ調整器
１９  支持体
２１  スタティックミキサー
２２  エレメント
３１，４１，１３１  スパイラル状フィン
３２  丸棒または円管
５１，１５１  一次側導入口
５２，１５２  一次側排出口
５３  二次側導入口
５４，１５４  二次側排出口
５５，１５５  処理液タンク
５６，１５６  送液ポンプ
５７，１５７  液供給源
５８，１５８  処理物排出先
５９，１５９  濾過液排出先
６０，１６０  洗浄液供給源
６１，１６１  戻しバルブ
６２，１６２  濾過液バルブ
６３，１６３  洗浄液バルブ
１３２  小径部
１３３  大径部
１５３  撹拌装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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