(57)【要約】      （修正有）【課題】膜によって流動媒体を濾過および分離するための方法および装置に関し、分離される複雑な化学混合物から１つの工程で種々の生成物を分離することができる方法を提供する。【解決手段】多数の膜１３が設けられている圧密のハウジング１４と、装置１０に送られる流動媒体１１の少なくとも１つの入口１５と、透過物１８のための出口１６と、残余分１９のための出口１７と、が具備されており、膜１３は、膜の内部空間に集まる透過物１８のための開口領域を有する膜クッションとして形成されている。膜スタックを形成する膜１３の集合の各々の部分集合は、分離される流動媒体に関して異なった分離範囲のために形成されているので、種々の分離範囲の膜の集合の各々の部分集合が、夫々に予め設定された、異なった圧力で、駆動され、かつ、膜１３の透過物側では、異なった真空で駆動される。【選択図】図１
2015093230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜によって流動媒体を濾過および分離するための方法であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される前記流動媒体のための少なくとも１つの入口と、前記装置から送り出される透過物のための少なくとも１つの出口と、および送り出される残余分のための出口とが具備されており、前記膜は、膜の内部空間に集まる前記透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる方法において、
膜スタックでは、種々の分離範囲の前記膜の集合の各々の部分集合を、前記分離される流動媒体の、夫々に予め設定された、異なった圧力で、駆動させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記膜スタックの前記膜の集合の予め設定可能な部分集合を、前記分離される媒体の種々の圧力で駆動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
膜によって流動媒体を濾過および分離するための方法であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される前記流動媒体のための少なくとも１つの入口と、前記装置から送り出される透過物のための少なくとも１つの出口と、送り出される残余分のための出口とが具備されており、前記膜は、膜の内部空間に集まる前記透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる方法において、
前記膜スタックでは、種々の分離範囲の前記膜の集合の各々の部分集合を、前記分離される流動媒体の透過物側で、夫々に予め設定された、異なった真空で駆動させることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記膜スタックの前記膜の前記集合の、予め設定可能な部分集合に、前記分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記膜スタックの前記膜の前記集合の、少なくとも１つの第１の予め設定可能な部分集合に、前記分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給し、かつ、前記膜の前記集合の、少なくとも１つの第２の予め設定可能な部分集合に、前記分離される媒体に関し、異なった圧力をかけることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
膜（１３）によって流動媒体（１１）を濾過および分離するための装置（１０）であって、多数の膜（１３）が設けられていてなる実質的に圧密のハウジング（１４）と、前記装置（１０）に送られる分離される前記流動媒体（１１）のための少なくとも１つの入口（１５）と、前記装置（１０）から送り出される透過物（１８）のための少なくとも１つの出口（１６）と、送り出される残余分（１９）のための出口（１７）と、が具備されており、前記膜（１３）は、膜の内部空間（１３７）に集まる前記透過物（１８）を流出させるための開口領域すなわち透過物排出開口部（１３１）を有する膜クッションとして形成されていてなる装置において、
膜スタック（１２）を形成する前記膜（１３）の集合の各々の部分集合は、前記分離される流動媒体に関して異なった分離範囲のために形成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記膜スタック（１２）は、マルチレイヤ形のスパイラル（２０）として形成されている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記膜クッション（１３）の内部空間（１３７）には、複数の材料選択性の膜要素（１３３，１３４）の間に、少なくとも１つの中間要素（１３５）が設けられている請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
実質的に平面状に形成された前記中間要素（１３５）は、前記膜クッション（１３）の前記分離範囲に従って選択可能な、異なった厚さ（１３９）を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記膜スタック（１２）を形成する前記複数の膜クッション（１３）の間には、複数の間隔要素（２３）が設けられており、該間隔要素を通って、前記分離される流動媒体（１１）が実質的にスムーズに流れることができることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記実質的に平面状に形成された間隔要素（２３）は、両側で隣り合った少なくとも前記複数の膜クッション（１３）の前記分離範囲に従って選択可能な、異なった厚さ（２３２）を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記膜スタック（１２）を形成する前記複数の膜クッション（１３）は、スパイラル（２２）として、前記装置（１０）を貫通する透過物排出・収集手段（１１）の周りに巻き重ねられており、前記膜クッション（１３）の前記開口領域（１３６）は、前記透過物排出・収集手段（２１）の、対応の透過物排出開口部（２１０）に接続されている請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
スパイラル（２２）として形成された前記膜スタック（１２）は、別個の管要素（２７）の表面に巻きつけられており、該管要素の内孔（２１０）には、透過物排出・収集手段（２１）が収容されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記膜スタック（１２）は、交互に積み重ねられかつディスク状に形成された多数の間隔要素（２３）および膜クッション（１３）によって形成されることを特徴とする請求項６，８ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの表面（２８，２９）には、該表面（２８，２９）から突出している複数の突起（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記間隔要素（２３）の機能的な厚さ（２３２）は、前記突起（３０）の高さ（３１）によって定められることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記間隔要素（２３）は、少なくとも１つの、外側の、周囲を取り囲む縁部（３２，３３）を有し、該縁部は、夫々、前記表面（２８，２９）から突出しており、前記間隔要素（２３）の前記機能的な厚さ（２３２）は、前記縁部（３２，３３）の高さ（３４）によって定められる請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜によって流動媒体を濾過および分離するための方法であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される流動媒体のための少なくとも１つの入口と、装置から送り出される透過物のための少なくとも１つの出口と、送り出される残余分のための出口とが具備されており、膜は、膜の内部空間に集まる透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる方法、ならびに
膜によって流動媒体を濾過および分離するための装置であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される流動媒体のための少なくとも１つの入口と、装置から送り出される透過物のための少なくとも１つの出口と、送り出される残余分のための出口と、が具備されており、膜は、膜の内部空間に集まる透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
方法と、このような方法を実施することができるために用いる装置とは、例えば特許文献１に記載されている。そこには、装置は、いわゆる巻回型膜の形態に形成されておりかつ圧密のハウジングに収容可能である実際の分離ユニットとの関連で形成されている。
【０００３】
そこで使用された膜要素は、通常は、当業者の中ではクッション膜または膜袋（Membrantaschen）とも呼ばれるいわゆる膜クッションの形態で形成されており、分離される媒体および媒体の大きさ（膜の面）に関して、各々の分離目的に適合されている。膜クッションを形成する材料選択性の実際の膜を、同様に、分離される媒体を分離する目的のために、特にその目的のために選択することができる。
【０００４】
圧力駆動の分離技術では、濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透が区別される。これらの圧力駆動の分離技術は、部分的に重なる。それ故に、厳格な分離は、当業者からは、膜の中で生じる物質分離の物理的作用メカニズムに関して理論的とのみ見なされる。しかしながら、前述の大まかな区分は、通常に用いられる（非特許文献１を参照せよ）。
【０００５】
膜による物質分離は、商工業のほぼすべての分野で始まったのであり、かつ、例えば、船舶、および海上で使用されまたは固定されている掘削用プラットホームのような海洋設備から、工業水および淡水を製造するための海水の脱塩化と、例えば、ごみの集積場で、しかしまた商工業および地方自治体の排水処理の分野で生じる漏水の分離との分野にまでに及ぶ。
【０００６】
これらの液状の流動媒体の多くは、部分的にはガス状の成分と混合した種々の液状の成分の多様な混合物から組成される。該成分に関しては、従来、分離方法の循環（Durchlaufen）後のあらゆる所望の分離産物のためには、分離方法を実施するために使用される装置、あるいは、産物に特有な分離手段が準備されねばならない。このことは、容易に分かるように、装置に関する高いコスト、更に、方法の、コストのかかる制御を必要とする。かような制御は、複雑な化学混合物を分離するために必要とされねばならないし、あるいは、実行されねばならない。化学混合物からの分離される物質の多くを、上記の分類のためには、種々の分離メカニズムを用いて、分離される化学混合物から分離しなければならない。何故ならば、所定の分離法は、分離される化学混合物のうちの所定の物質にとっては適切ではなく、他の方法のみが成功をもたらすからである。化学的／物理的に同じ物質グループに属する、化学混合物の中の種々の物質でさえも、時々、物質分離の一方の方法によってのみ、分離されるのであって、分離されねばならない全混合物からの物質分離の他方の方法によって分離されるではない。
【０００７】
既に上に略述したように、複雑に組成された流動媒体では、従来、中間生成物の分離を、同様に、装置による、すなわち分離される所望の生成物にその都度合致されている装置による新たな実行によって、順々に達成することができることが追加される。このことは、既述した装置に関するコストのほかに、非常に多くの時間を要し、かつ、高いエネルギコストを要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】EP-A-1 445 013
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Membrantrennverfahren,Ultrafiltration und Umkehrrosmose, Robert Rautenbach, Verlag Salle + Sauerlaender, 1981
【発明の概要】
【００１０】
従って、本発明の課題は、分離される複雑な化学混合物から１つの工程で種々の生成物を分解することができる方法を提供することであって、これらの生成物は、夫々、種々の分離メカニズムに使用可能であり、この方法は、従来の分離装置に比較して装置に関しより低いコストを要し、例えば、装置の、すなわち、かような方法を実行することができることを意図する装置の改造は、不要である、それ故に、この方法を、迅速にかつ安価に実行することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、第１の本発明に係わる解決策により、膜スタックでは、種々の分離範囲の膜の集合の各々の部分集合を、分離される流動媒体の、各々の予め定められた、異なった圧力で駆動させることができることによって、解決され、かつ、第２の本発明に係わる解決策により、膜スタックでは、種々の分離範囲の膜の集合の各々の部分集合を、分離される流動媒体の、各々の予め定められた、異なった真空、で駆動させることによって、解決される。
【００１２】
２つの非常に有利な本発明に係わる解決策のうち後者の解決策は、複雑な化学混合物からなる物質を分離することを可能にする。物質は、膜によってのみ実行することができ、例えば浸透気化の方法によって動く。
【００１３】
各々の分離方法に関する本発明に係わる解決策の利点は、課題に関して試みられたように、いわば１つの方法段階で、圧力をかけられたすべての膜用の集合の個々の部分集合の選択された種々の物質範囲に従って、選択的な物質分離が可能であり、すなわち、分離される化学混合物からの各々の所望の生成物に対し選択的である。このことによって、従来では必要な何回も繰り返し使用される分離方法を、原理的には、１回の分離方法に減じることができる。このことは、試みられたように、装置に関するかなりの利点だけでなく、時間およびコストの節約において実現される利点でもある。
【００１４】
原理的には、同じ利点が、提案された、本発明に係わる解決策によって、達成される。この解決策では、物質分離プロセスが、低圧（真空）によって、すなわち、以下の方法によって、つまり、所定の化学混合物の分離が、膜要素の透過物側での低圧によってのみ可能であってなる方法によって、なされる。
【００１５】
方法の有利な実施の形態によれば、膜スタックの膜の集合の、予め設定可能な部分集合を、分離される流動媒体の異なった真空で駆動させる。すなわち、膜スタックの膜要素の各々の集合が、一方の分離課題または一方の分離範囲のみを担っており、他方、膜スタックの膜の集合の他方の部分集合は、分離される媒体の他方の分離範囲に関して特定されている。膜の個々の部分集合の、集合の大きさは、同様に、生じる分離される流動媒体の集合(体積)によって、および、分離される全化学混合物中の所定の種々の物質の、予測可能な割合の集合(体積) によって、定められる。
【００１６】
同様なことが、低圧による物質分離にも同様に当てはまることは有利である。膜スタックの膜の集合の、予め設定可能な部分集合に、分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給することは有利である。
【００１７】
膜スタックの膜の集合の、少なくとも１つの第１の予め設定可能な部分集合に、分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給し、かつ、膜の集合の、少なくとも１つの第２の予め設定可能な部分集合に、異なった圧力をかけることが可能であるのは有利である。
【００１８】
膜によって流動媒体を濾過および分離するための装置であって、膜によって流動媒体を濾過および分離するための、明細書の最初の部分に記載された方法を実施するために用いる装置が、膜スタックを形成する膜の集合の各々の部分集合が、分離される流動媒体に関して異なった分離範囲のために形成されているように、形成されていることは好ましい。
【００１９】
例えば、膜スタックを形成する膜の集合の一方の部分集合が、例えばナノ濾過のために適切である膜からなり、膜の他方の部分集合が、逆浸透の原理に基づく分離のために駆動可能である膜からなり、かつ、膜スタックの膜の他方の集合が、限外濾過の原理に基づく分離のために形成されている膜からなることは好ましい。種々の分離範囲のための種々の膜集合のこのような列挙は、ここでは、例として理解されねばならない。すべての他の膜も、膜スタックの膜の各々の部分集合を形成することができる。しかし、これらの他の膜は、ここでは、明白に挙げられていない。明細書の最初の部分に記載の方法との関連で記載された、同様な課題における利点が、本発明により形成された装置に対し当てはまる。
【００２０】
原理的には、本発明に係わる装置を、装置におけるまたは該装置の一部であるハウジングにおける膜の設置に関して、任意に適切に選択することができるにもかかわらず、すなわち、膜要素が中空糸膜または毛細管膜から構成されてなる装置も、原理的には適切であるにもかかわらず、膜スタックをマルチレイヤ形のスパイラルとして形成することは、非常に有利である。このような膜スタックは、スパイラルモジュールとも呼ばれ、かつ、スパイラルの中を端面側で貫流する分離される媒体のためのスパイラル状に設けられた膜を流動媒体が貫流する際に、膜のすべての位置において同一の圧力比が支配的である、という大きな利点を有する。このようなスパイラルモジュールは、巻きモジュールとも呼ばれ、同じ空間体積上で、例えば膜要素スタックよりも大きな膜表面を収容することができる。膜要素スタックでは、分離される媒体は、膜要素スタックを通って、分離される媒体のための入口から、装置からの残余分の出口まで雷文状に送られる。
【００２１】
スパイラルモジュールまたは巻きモジュールの実施の形態は、種々の分離範囲を有する膜の個々の集合の、本発明に係わる装置に関しては、膜表面のあらゆる位置において、分離される媒体（供給物）の同じ圧力比が支配的であるという利点を有する。
【００２２】
膜分離技術では、膜クッションの内部空間で材料選択性の膜要素すなわち膜クッションの実際の膜の間に生じる透過物が、迅速にかつ妨げなしに流出することができることは、重要である。透過物が、種々の分離範囲（この範囲に合わせて膜が設計されている）では、種々の流動性を有するので、該流動性を、少なくとも１つの中間要素が、内部空間の中で、複数の膜要素の間に設けられていることによって、最適化することは有利である。該中間要素は、間隔機能を有し、すなわち、膜クッションの膜の２つの内面を離しておくだけではない。その目的は、透過物を、膜クッションの内部空間の中で、妨げなくすなわちスムーズに流出させるためでもある。
【００２３】
実質的に平面状に形成された中間要素が、膜クッションの分離範囲に従って予め選択可能な、異なった厚さを有することは有利である。厚さは、選択された分離範囲（この分離範囲のために、膜要素が選択されまたは形成されている）に調整されており、膜要素には、最適化された形状が付与される。その目的は、膜の内部空間に集まる透過物の流出の妨害を回避するためである。
【００２４】
分離される媒体を膜スタックの中でできる限りスムーズに流れさせるために、本発明の更なる有利な実施の形態によれば、膜スタックを形成する複数の膜クッションの間には、複数の間隔要素が設けられている。これらの間隔要素は、分離される流動媒体が実質的にスムーズに流れることができることを引き起こすことが意図される。膜スタックの中を通る分離される媒体のための流路に関しても、実質的に平面状にまたは格子状に形成された間隔要素が、両側で隣接した膜クッションの少なくとも各々の膜クッションの膜要素の分離範囲に従って選択可能な、異なった厚さを有することは、非常に有利である。間隔要素のこの厚さも、膜スタックを通る分離される流動媒体のできる限りスムーズな流れを定める。間隔要素の厚さを、各々の膜クッションの選択された分離範囲に適応して選択することができる。かくして、同様に、膜スタックを通る分離される媒体の最適な流れを達成するという目的を持った容易な適合が可能である。
【００２５】
本発明の他の有利な実施の形態によれば、膜スタックを形成する複数の膜クッションは、スパイラルとして、装置を貫通する透過物排出・収集手段の周りに巻き重ねられており、膜クッションの開口領域は、透過物排出・収集手段の、対応の透過物排出開口部に接続されている。この目的のために、透過物排出・収集手段は、膜クッションの管状の外被を通る多数の孔を有する。これらの孔は、該孔が、透過物排出開口部または膜クッションの透過物排出開口部または透過物排出領域に接続されており、かつ、透過物が、これらの孔を通って流出することができるように、整列されている。
【００２６】
本発明の更に他の有利な実施の形態によれば、スパイラルとして形成された膜スタックは、別個の管要素の表面に巻きつけられており、管要素の内孔には、透過物排出・収集手段が収容される。このことは、スパイラルモジュールまたは巻きモジュールを、いわば使用可能な状態で予め製造することができ、かつ、管状に形成された、この実施の形態では別個の透過物排出・収集手段へ、押し被せる必要がないという利点を有する。装置のこの実施の形態では、管状の透過物排出・収集手段を、装置のハウジングを貫通する中央の締付ねじとして使用することができる。その目的は、スパイラルモジュールまたは巻きモジュールを、圧密で装置のハウジングに収容することができるためである。
【００２７】
同様に明細書の最初の部分に略述したように、装置の本発明に係わる原理を、交互に積み重ねられかつディスク状に形成された多数の間隔要素および膜クッションによって形成される膜スタックへ、適用することも可能である。このような装置は、例えばEP-A-0 289 740から公知である。該公報は、原理的には同じ構造において多くの実施の形態では従来の技術で知られている。装置および方法に関する、本発明に係わる原理は、このような膜スタックへ容易に適用される。
【００２８】
このように形成された膜スタックでは、通常は格子状に形成されている上記の平面状に形成された間隔要素と類似の作用において、膜表面の上方および膜表面の下方で、分離される媒体のための対応の空間に達するためには、間隔要素の少なくとも１つの表面上に、表面から突出している多数の突起が設けられていることは好ましい。これらの突起の高さは、膜クッションの各々の液体選択性の表面が、突起の高さに載っておらず、むしろ、突起を、膜クッションからの僅かな間隔で、必要な場合には支持するほどの寸法を有する。他の種類の突起では、ディスク状の間隔要素から突出している突起は、わずかな表面でもって、間隔要素の表面に対し平行に形成されている。それ故に、膜要素は、突起のこれらの平行な面に身を支えることができる。その目的は、物質選択性の膜表面の損傷を回避するためである。
【００２９】
一般的に当てはまるのは、間隔要素の厚さが、突起の高さによって定められることである。
【００３０】
最後に、膜スタックのこの実施の形態では、同様に、間隔要素は、周囲を取り囲む外側の縁部を備えていてもよい。この縁部は夫々、間隔要素の表面から突出している。間隔要素の厚さは、間隔要素の縁部の高さによって定められる。
【００３１】
かくして、膜要素スタックのこの実施の形態では、分離される媒体のための常に１つの通路が、突起の高さおよび／または縁部の高さに適合して、媒体の所望の領域部分に対応して、容易に保証されている。
【００３２】
以下の略図を参照して、本発明の第１の実施の形態を詳述する。第２の実施の形態を、第１の実施の形態の変形例に関してのみ、略述する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わる装置の断面図を示す。
【図２】膜クッションおよび間隔要素からなるスパイラルの、図１に示す装置の部分断面図を示す。スパイラルは、管要素に巻き重ねられており、かつ、装置を実質的に貫通するボルト状の透過物排出・収集手段へ押し被せられることができる。
【図３】図２に示した線Ｃ−Ｄに沿ったスパイラルの断面図を示す。図２に比較して拡大した尺度の、管要素の内部空間に挿入された透過物排出・収集手段と、まだ巻き重ねられていない膜クッションと、複数の膜クッションの間に設けられた間隔要素とを表示する。図３によって、図２をより詳細に説明することが意図される。
【図４ａ】間隔要素の部分側面図を拡大した尺度で示す。
【図４ｂ】間隔要素の平面図を拡大した尺度で示す。
【図５】透過物排出開口部を形成する片側の領域を有する、本発明により使用された膜クッションを示す。
【図６】図５の線Ａ−Ｂに沿った部分断面図を示し、中間要素を有する膜クッションの構造を示す。
【図７】図５の線Ｅ−Ｆに沿った部分断面図を示し、中間要素を有しない膜クッションの構造を示す。
【図８】間隔要素および膜クッションの平面図を示す。間隔要素は、分離装置で使用される。分離装置は、実質的にシリンダ状の膜スタックとして形成されており、該膜スタックでは、すべての間隔要素の集合が、すべての膜クッションの集合と交互になる（本発明に係わる装置の第２の変形例）。
【図９】図８の間隔要素の側面断面図を示す。装置を理解するために不要な詳細は省略している
【発明を実施するための形態】
【００３４】
装置１０の構造に関しては、まず、図１および２に言及する。装置１０は、圧密のハウジング１４を有し、ハウジングは、ここでは、図１および２では、シリンダ状の要素として形成されている。ハウジング１４に対し実質的に軸方向には、装置１４を実質的に貫通する透過物排出・収集手段２１が設けられている。透過物排出・収集手段は、更に、分離ユニット１１０を支持しまたはまとめる締付ボルトの機能を有する。この点については、以下に詳細に述べる。
【００３５】
分離ユニット１１０の一部が図２に示されている。この分離ユニットは、装置１０をボルト状に貫通する透過物排出・収集手段２１のほかに、閉鎖要素２５，２６を有する。図２には、閉鎖要素は、見易いように、示されていない。
【００３６】
透過物排出・収集手段２１には、別個の管要素２７がある。この管要素を、透過物排出・収集手段へ押し被せることができるが、透過物排出・収集手段２１から引き抜くこともできる。
【００３７】
装置１０を同様に実質的に貫通し、かつハウジング１４の軸方向の長さよりもわずかに短い軸方向の長さを有する別個の管要素２７には、膜クッション１３として形成されている多数の膜が、マルチエレメント形のまたはマルチレイヤ形のスパイラル２０として巻き重ねられている（図３を参照せよ）。図１および２では、マルチエレメント形のスパイラル２０が、最終的な、巻き重ねられた状態で示されている。
【００３８】
図１及び図２に示したすべての膜要素の集合は、図３に示され、かつ以下に詳細に述べられる膜スタック１２を形成する。膜スタック１２を形成する膜クッション１３は、分離される流動媒体１１に関し種々の分離範囲のために形成される。このことが意味するのは、膜スタック１２の一部が、膜要素すなわち膜クッション１３から形成され、膜要素は、例えば逆浸透のために、例えばナノ濾過のために、例えば限外濾過のために、または通常の濾過のためにも、または浸透気化の方法による物質分離のためにも形成されていることである。
【００３９】
膜スタック１２を形成する膜クッション１３の集合の所定の部分集合を、前述のように、膜スタック１２を形成するために使用する。
【００４０】
例えば、適切に形成された膜クッション１３では、浸透気化の、真空補助下の方法により、物質分離を行なうことも可能である。流動媒体１１の異なった分離範囲のあらゆる組み合わせが可能であり、かつ、スパイラル状に構成された膜スタック１２を形成することができる。
【００４１】
図２の線Ｃ−Ｄに沿った図２の断面をより大きな尺度で示す、図３の描写（Darstellung）は、図２とは異なって、管要素２７の内孔２７０に挿入された透過物排出・収集手段２１と、個々の膜クッション１３からなるマルチエレメント形のスパイラル２０とを示す。図３に実線で示した膜クッションは、現尺通りには示されていない。実現された実施の形態では、膜クッションは、例えば、９５０ｍｍｍの幅および７５５ｍｍの長さを有する。長さは、管要素２７の方向に見た膜クッション１３の有効長である。膜クッションに関する、幅および長さの前記の数値は、１つの可能な実施の形態のみに関する。しかし、装置１０の異なった実施の形態に関しては、膜クッション１３の全く異なった幅および長さも考えることができる。
【００４２】
図３に示した実施の形態では、マルチエレメント形のスパイラル２０は、１８の膜クッション１３からなる。この場合でも、異なった数の膜クッション１３がスパイラル２０を形成することを指摘しなくてはならない。
【００４３】
所望の適用方法に従って、膜スタック１２を形成する膜クッション１３の集合の各々の部分集合を選択し、従って、複雑に組成された流動媒体の、試みられた物質分離に考慮して、すなわち、質的および量的に達成される所望の分離度および所望の分離結果全体に従って、膜クッションを前もって組み立てることができる。
【００４４】
同様に、図３の描写が、装置１０をより良く理解させるために、ただ図式的であると理解されねばならないことを指摘しておこう。それ故に、マルチエレメント形のスパイラル２０を形成する個々の膜クッション１３は、ここでは、いわば引き離された状態で示されている。  
膜クッション１３は、図５，６および７に示された構造を有する。これについては、以下に詳しく言及する。マルチエレメント形のスパイラル２０の、最終的に巻き重ねられた状態では、スパイラル２０は、図１および２に側面断面図で示されている形状を取る。
【００４５】
マルチエレメント形のスパイラル２０の膜クッション１３は、透過物排出開口部１３１を有する管要素２７に対して、以下のように、すなわち、透過物排出領域、つまり透過物排出開口部１３１が、径方向孔２７１に向けられており、あるいは該径方向孔に通じており、径方向孔は、管要素２７に形成されている（同様に、図３を参照せよ）ように、設けられている。例えば、以下のことが可能である。膜すなわち膜クッション１３の透過物排出開口部から出る透過物１８は、径方向孔２７１に入りことができ、かつ、該径方向孔を通って、管要素２７の内孔２７０に設けられた、透過物排出・収集手段２１の透過物流入開口部ヘ、入りこむことができる。そこから、透過物は、軸方向の溝の形態を取りかつ透過物排出・収集手段２１に形成された透過物流入開口部２１０を通って、透過物排出・収集手段２１の一端に形成された環状通路へ送られ、更に、そこから、透過物用出口１６を通って、外側へ送り出されることができる。
【００４６】
しかしながら、別個の溝状の透過物流入開口部２１０の代わりに、管要素２７の内孔２７０と、装置１０を実質的に貫通するボルト状の透過物排出・収集手段２１との間に、環状の通路を設け、この通路を通って、次に、透過物１８を透過物用出口１６へ送ることも可能である。
【００４７】
装置１０の、ここに記載した実施の形態では、１８の膜クッション１３に対応して、管要素２７に１８の径方向孔２７１が設けられている。別個の管要素２７に沿って、膜クッション１３の長さに従って、軸方向に直列に設けられた多数の径方向孔２７１が備わっている。その目的は、膜クッション１３を出て行く透過物１８の均等な流出を保証するためである。
【００４８】
マルチエレメント形の第２のスパイラル２２は、複数の間隔要素２２によって形成される。これらの間隔要素は、マルチエレメント形のスパイラル２０を形成する膜クッション１３同士が、マルチエレメント形のスパイラル２２を形成する多数の間隔要素２３によって離されているように、設けられている。図３では、間隔要素２３は、膜クッション１３とは異なり、破線で示されている。
【００４９】
膜クッション１３とほぼ同じ長さおよび幅を有する間隔要素２３は、格子状の構造を有する(図４ａおよび４ｂを参照せよ）。図４ａおよび４ｂにおける間隔要素２３の描写は、間隔要素２３の構造を明らかにするために、拡大して示されている。間隔要素２３の格子状の構造は、実質的に直交する複数の第１の及び第２の要素２３０，２３１によって形成される。これらの要素２３０，２３１は、棒状に形成されている。ここでは、第１の要素２３０の横断面は、第２の要素２３１の横断面よりも大きい。間隔要素２３は、装置１０にまたは複数の膜クッションからなるマルチエレメント形の第１のスパイラル２０を形成するために、以下のように、すなわち、間隔要素２３の第１の要素２３１が、管要素２７従ってまたボルト状の透過物排出・収集手段２１に対し実質的に軸方向に整列されており、それ故に、スパイラル２０および２２を貫通する、分離される流動媒体が、第２の要素２３１に沿って流れることができ、すなわち、分離される流動媒体１１のための無視できるほどに小さい流れ抵抗を形成するように、設けられている。
【００５０】
間隔要素２３の第１のおよび第２の要素２３０，２３１は、ここ図４ａおよび４ｂに示した実施の形態では、実質的に円形の構造を有する。しかし、基本的には、他の横断面形状も可能であるのは、流動媒体が、マルチエレメント形のスパイラル２０の膜クッション１３から溢れ流れる際に、例えば、分離される媒体１１の乱流の発生を的確に達成することが意図される場合である。このことは、特別に所望な適用例のために必要であり得る。間隔要素２３は、弾性材料、例えば、弾性プラスチックであってもよいプラスチックからなる。
【００５１】
各々の望ましい膜クッション１３の所定の集合によって形成された、膜クッションの部分集合の、その態様に従って、間隔要素２３が、選択可能な、異なった厚さを有することが意図される。間隔要素２３の選択可能な厚さによって、２つの隣接する膜クッション１３の間の流動媒体１１のための各々の流路を、同様に、流動媒体１１の所望の分離結果および各々の所望の分離範囲に従って定めることができる。膜ストック１２では、従って、所定の分離範囲のために形成された膜クッション１３の各々の部分集合に従って、同様に、異なった厚さ２３２を有する異なった間隔要素２３を使用することができる。
【００５２】
膜クッション１３からなる第１のマルチエレメント形のスパイラル２０が、最終的な形にもたらされるとき(図１および２を参照)、複数の膜クッション１３の間に設けられた間隔要素２３は、各々の隣り合った膜クッション１３の各々の隣り合った膜要素１３３，１３４の表面にフィットするが、しかし、各々の隣り合った膜クッション１３の各々の膜要素１３３，１３４が直接に重なることを阻止し、従って、分離される流動媒体のための流路を形成する。それ故に、流動媒体は、端面側で、膜クッション１３からなるマルチエレメント形のスパイラル２０に入ることができ(図１の右側を参照せよ)、マルチエレメント形のスパイラル２０からなる膜クッション１３の全長をなでた後に、再度流出することができる（図１の左側を参照せよ）。第１のマルチエレメント形のスパイラル２０の複数の膜要素の間に設けられかつ同様にマルチエレメント形の第２のスパイラル２２を形成する間隔要素２３を備えることによって、常に、流動媒体１１のために十分に大きな流路が保証されている。
【００５３】
ここに記述した例では３６の要素、すなわち１８０の膜クッション１３と、１８の間隔要素２３とからなる第１のおよび第２のスパイラル２０，２２が、最終的な、巻きつけられた状態にもたらされ（図１及び２を参照せよ）、すなわち、膜クッション１３が、間隔要素２３の各々の中間位置決めの下で重なっているとき、スパイラル２０，２２は、外周面２４(図２を参照せよ)において固定される。このことは、例えば、スパイラル２０，２２の外周面２４が、１つの糸状の要素または複数の糸状の要素で巻きつけられることによって、生じることができる。スパイラル２０，２２に、まだ巻きつけられた状態で、より高い剛性を付与するために、糸状の要素を、硬化可能な樹脂またはプラスチックで含浸することができる。熱を適切に供給することによって、あるいは、樹脂またはプラスチックの硬化過程の適切な調整（Einstellung）によって、スパイラル２０，２２を巻きつけた後に、糸状の要素の硬化工程を引き起こすことができる。しかしまた、スパイラル２０，２２の外周面２４を、例えば弾性材料からなるバンドによって、コイルのように巻きつけることも可能である。
【００５４】
スパイラル２０，２２からなる、例えば図２に示されている、かように出来上がった物体を、次に、装置１０をボルト状に貫通する透過物排出・収集手段２１へ押し被せる。次に、マルチエレメント形のスパイラル２０および管要素２７からなるこの物体に、両側で区画する各々の閉鎖要素２５，２６を備えることができる。該閉鎖要素には、分離される流動媒体１１のための少なくとも１つの入口１５と、残余分１９のための出口１７とが設けられている。適切な密閉手段およびカバースリーブによって、閉鎖要素２５，２６は、管要素１７に対して密閉状態に保たれる。閉鎖要素２５，２６は、スパイラル２０，２２と、透過物排出・収集手段２１と、閉鎖要素２５，２６とからなる分離ユニット１１０を、ハウジング１４に挿入した後に、閉鎖要素をハウジング１４（図１を参照）に対し圧密に位置決めすることができる密閉手段を有する。
【００５５】
装置１０の中で使用される膜クッション１３は、実質的に矩形の構造を有する(図５を参照せよ)。
【００５６】
このタイプの膜のクッション１３は、例えばEP-B-0 129 663に記載されており、知られた方法で製造されてもよい。
【００５７】
このような膜クッション１３は、通常、２つの膜要素１３３，１３４からなり、かつ、通常は、適切なポリマー材料から製造されている。ポリマーは、ポリマーが、特に装置１０によって実行される分離の課題に関して、分離される流動媒体１１に従って、選択されるように、選択されている。２つの膜要素１３３，１３４（図６および７も参照せよ）の、周囲を取り巻く縁部１３６は、知られた方法で、例えば超音波処理によって、溶接または適切に貼着されている。
【００５８】
本発明に係わる装置との関連で使用される膜クッション１３における特徴は、膜クッション１３の端面１３２において、すなわち、所定の領域で、透過物排出開口部１３１が形成されており、該透過物排出開口部が、管要素２７の上記の径方向孔２７１と整列しており、膜クッション１３から透過物排出開口部１３１を通って流出する透過物１８が、管要素２７の径方向孔２７１に入ることができるようになっていることである。膜クッション１３の内部には、すなわち、膜クッション１３を形成する膜要素１３３と１３４の間には、少なくとも１つの中間要素１３５が設けられていてもよい（図６に示した膜クッション１３の実施の形態を参照せよ）。
【００５９】
中間要素１３５は、同様に、異なった厚さ１３９を有する。その目的は、膜クッション１３を形成する２つの材料選択性の膜層の間に形成された中間空間を、膜クッションの中に生じる透過物１８に関して分離される流動媒体１１に最適に適合させるためである。装置１０によって分離される流動媒体に従って、中間要素１３５の厚さ１３９の適切に選択によっても、実際の膜の実施の形態の態様および間隔要素２３の適切に選択可能な厚さ２３３のほかに、他のパラメータがある。このパラメータは選択可能であり、かつ、分離さなれる流動媒体１１への最適な適合を可能にする。中間要素１３５は、膜クッション１３へ機械的安定性をもって作用することもできる。すべての中間要素１３５の集合は、膜スタック１２全体を、同様に機械的に更に安定化させることができる。
【００６０】
中間要素１３５は、非常に類似の構造を有することができる。このことによって、透過物が、透過物排出開口部１３１へ、より容易に流れ、または流出することができる。しかしながら、基本的には、膜要素１３３と１３４の間に中間要素１３５を備えないことも可能である（図７に示す膜クッション１３の実施の形態を参照せよ）。
【００６１】
装置１０は、一般的に、スパイラル・巻回膜モジュールにおいて通常である構造との関連で、前に述べた。本発明に係わる装置１０および本発明に係わる方法を原理的には、膜スタック１２においても適用することもできる。このような膜スタックは、以下の分離手段として形成されている。このような分離手段では、シリンダ状のスタックとしてスタック状に組み立てられた間隔要素が、夫々、各々の膜クッション１３の中間層の下方に設けられている。このような装置は、例えばEP-A-0 289 740に記載された。
【００６２】
このようなディスク状の間隔要素は、例えば図８および９に示されている。流動媒体１１は、膜クッション１３および平面状に形成された間隔要素２３からなるスタックの中で、流動媒体１１のための入口から残余分のための出口へ雷文状に貫流される。透過物は、知られた方法で、中央の透過物排出・収集手段２１に集められ、透析物のための出口を通って、ここには詳しくは示さない装置から送り出される。間隔要素２３は、２つの表面２８，２９を有する、これらの表面は、実質的に互いに平行に形成されており、かつ、多数の突起３０を有する。突起の高さ３１は、流動媒体１１のための流路を規定する。夫々２つの間隔要素２３の間には、１つの間隔要素２３が閉じ込められている。間隔要素２３を両側で取り囲む縁部３２，３３は、同様に、突起３０の高さの代わりに、または高さに追加的に、間隔要素２３の両側で流動媒体に関する流れ横断面を規定する。従来の技術では知られている、間隔要素２３の複数の実施の形態では、膜クッション１３は、突起３０の先端の間でのみ支えられるが、しかしながら、突起（diesen）上には載っていない。これに対し、他の間隔要素２３では、膜クッション１３は、間隔要素の表面に対し平行にかつ平坦に形成され、かつ突起３０の先端に設けられている突起面の上で、突起３０の先端に軽く載っている。
【００６３】
一般的に認められるように、図８および９との関連で記述された装置が、膜クッション１３に備えられており、かつ駆動されることができる。装置は、前記スパイラル・巻回膜モジュールとの関連で記述された。
【００６４】
本発明に係わる方法は、例えば、本発明により記載された装置１０を利用して、以下のように実施される。すなわち、
流動媒体１１を膜１３によって分離するのであって、装置１０は、多数の膜１３が設けられていてなる実質的に圧密のハウジング１４を有し、かつ、装置に送られる分離される流動媒体１１のための少なくとも１つの入口１５と、装置１０から送り出される透過物１１のための少なくとも１つの出口１３と、送り出される残余分のための出口１７とを有する。膜１３は、膜の内部空間１３７に集まる透過物１８を流出させるための開口領域すなわち透過物排出開口部１３１を有する膜クッションとして形成されている。方法は、膜スタック１２を形成する膜１３の集合の各々の部分集合が、分離される流動媒体１１に関して異なった分離範囲のために形成されているように、実施され、かつ装置は、かように構成されている。
【００６５】
方法および装置は、以下のように、すなわち、膜スタック１２の膜１３の種々の分離範囲について、膜が、分離される流動媒体１１への各々の予め設定可能な、異なった圧力で駆動されるように、構成されている。しかし、種々の分離範囲に関して膜に、各々の異なった、予め設定された真空を供給することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  装置
１１０  分離ユニット
１１  流動媒体
１２  膜スタック
１３  膜／膜クッション
１３０  膜クッションの端部
１３１  透過物排出開口部
１３２  端面
１３３  膜要素
１３４  膜要素
１３５  中間要素
１３６  領域
１３７  膜の内部空間
１３８  縁部
１３９  厚さ／中間要素
１４  ハウジング
１５  入口
１６  透過物用出口
１７  透過物用出口
１８  透過物
１９  残余分
２０  スパイラル（第１の）
２１  透過物排出・収集手段
２１０  透過物流入開口部（透過物排出・収集手段）
２２  スパイラル（第２の）
２３  間隔要素
２３０  棒状の第１の格子要素
２３１  棒状の第２の格子要素
２３２  厚さ／間隔要素
２４  外周面（スパイラル）
２５  閉鎖要素
２６  閉鎖要素
２７  管要素
２７０  内孔
２７１  径方向孔
２８  表面
２９  表面
３０  突起
３１  高さ／突起
３２  縁部
３３  縁部
３４  高さ／縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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