(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィルターモジュール（１０、１０’）と、
フィルターモジュール（１０、１０’）を流体分配器に結合し、前記フィルターモジュールを他のフィルターモジュール（１０、１０’）に結合する１つ以上の流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｃ）と、を備え、
フィルターモジュール（１０、１０’）は、エッジ部において、１つまたは２つの透過出口開口部（６５、６７）を有する平坦フィルターまたは巻かれたフィルターモジュールとして構成され、
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、透過流体のための少なくとも一つのダクト（７３）を有し、
透過流体のためのダクト（７３）は、透過出口開口部（６５、６７）に連結されていることを特徴とする濾過システム（１）。
【請求項２】
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、未処理流体のため少なくとも一つのダクト（７２）を有し、当該ダクト（７２）は、透過流体のためのダクト（７３）から、流体密封式に区分けされていることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項３】
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、濃縮流体のための少なくとも１つのダクト（７４）を有し、当該ダクト（７４）は、透過流体のためのダクト（７３）から、流体密封式に区分けされていることを特徴とする請求項１または２に記載の濾過システム（１）。
【請求項４】
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、１部品、２部品または３部品構造となっているカップリング本体（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ）を有することを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項５】
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、１部品構造となっているカップリング本体（７１ｄ、７１ｅ）であって、少なくとも一つの透過貯蔵部（７８）を含むカップリング本体（７１ｄ、７１ｅ）を有し、透過貯蔵部（７８）は、透過流体のためのダクト（７３）、および、フィルターモジュール（１０、１０’）の透過出口開口部（６５、６７）に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項６】
１部品構造となっているカップリング本体（７１ｄ、７１ｅ）は、少なくとも一つの濃縮貯蔵部（７９）を有し、当該濃縮貯蔵部（７９）は、濃縮流体のためのダクト（７４）に連結されていることを特徴とする請求項３または５に記載の濾過システム（１）。
【請求項７】
流体カップリング（７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）は、シール（７５、７６、７７）を有していることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項８】
シール（７５、７６、７７）は、環状に閉ざされていることを特徴とする請求項７に記載の濾過システム（１）。
【請求項９】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、１つまたは２つの端壁（３、３’）を有し、少なくとも一つの端壁（３、３’）は、透過出口開口部（６５、６７）を有していることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項１０】
フィルターモジュール（１０、１０’）の少なくとも一つの端壁（３、３’）は、透過流体のための１つ以上のダクト（８、８’）を有していることを特徴とする請求項９に記載の濾過システム（１）。
【請求項１１】
フィルターモジュール（１０、１０’）の少なくとも一つの端壁（３、３’）は、未処理流体のための１つ以上のダクト（７、７’）を有していることを特徴とする請求項９または１０に記載の濾過システム（１）。
【請求項１２】
フィルターモジュール（１０、１０’）の少なくとも一つの端壁（３、３’）は、濃縮流体のための１つ以上のダクト（９、９’）を有していることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の濾過システム（１）。
【請求項１３】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、ハウジング（４）を有していることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項１４】
フィルターモジュールのハウジング（４）は、管状構造となっていることを特徴とする請求項１３に記載の濾過システム（１）。
【請求項１５】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、１つ以上の透過ライン（３０）を有していることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項１６】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、１つ以上の未処理流体ライン（４０）を有し、当該未処理流体ライン（４０）の壁は、出口開口部（４１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項１７】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、渦巻状に巻かれたフィルターモジュールとして構成されると共に、流体密封式に封止された２つまたは３つのエッジ領域（６６、６７、６８）をそれぞれ含む１つ以上の平坦フィルター要素（６０）を有し、
流体密封式に封止されたエッジ領域のうちの２つ（６６、６８）は、フィルターモジュール（１０、１０’）の２つの端面の間において実質的に軸方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の濾過システム（１）。
【請求項１８】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、５０ｍ２より大きい活性濾過面を有していることを特徴とする請求項１７に記載の濾過システム（１）。
【請求項１９】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、２５０ｍ２より大きい活性濾過面を有していることを特徴とする請求項１７に記載の濾過システム（１）。
【請求項２０】
フィルターモジュール（１０、１０’）は、１０００ｍ２より大きい活性濾過面を有していることを特徴とする請求項１７に記載の濾過システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジ部において、透過排出部を有する１つ以上の平坦フィルター、毛細管フィルターまたは巻かれたフィルターモジュールと、フィルターモジュールを流体分配器または他のフィルターモジュールに連結するための流体カップリングと、を備えた濾過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、排水浄化のために使用される平坦フィルターを有する多くの濾過システムが知られている。当該濾過システムは、上部および底部において開口している管状または箱状のハウジングを有するフィルターモジュールを含み、当該ハウジングにおいては、複数の平坦フィルター要素が、互いに平行に配設されている。フィルター要素の間のギャップは、流体が通過することができる通路を形成している。フィルター要素は、膜不織物として以下に示すフィルター膜でコーティングされた支持不織物によって柔軟性または剛性を有する排出部が両面で囲まれているポケットまたはカセットとして具体化されている。各フィルター要素は、中央部またはエッジ部に配設された開口部を有しており、当該開口部を介して、前記フィルター要素は、フィルター膜を通過する透過流体の退避のためのパイプシステムに連結されている。排出要素は、スペーサとして機能し、膜不織物のため支持体であって、透過物を開口部に導出して退避させる支持体を形成している。排出要素の流れの抵抗は、フィルター要素の内部圧力の分布、および、これに関連して、フィルターの効率に影響を与える。
【０００３】
ＷＯ０３/０３７４８９Ａ１には、排水浄化のためのフィルターモジュールが記載されている。ここでは、複数のフィルター膜ポケットが、内部を排出するための少なくとも一つの開口部を有しており、堅いホルダー内において、垂直方向に、平行に、好ましくは互いに同一距離で配設されている。このようにして、液体が、隣接するフィルター膜ポケットの間に配置されたギャップを通って集中的に流れることができる。
【０００４】
ＤＥ２，２１３，１６５が開示するフィルターにおいては、フィルターカートリッジは、渦巻状に巻き上げられて２つの両側の渦巻状の端面を有する多層の布からなっている。布を形成する層は、封止されて、渦巻状の端面を通ってフィルターカートリッジに入る流体が、再びフィルターカートリッジから出され得る前に、少なくとも１つのフィルター面を通って流れるようにする必要がある。各フィルター層は、高い細孔容積を有する２つの薄いスペーサ層の間に配置されている。スペーサ層の一方の面に対して、少なくとも一つの流体不透過層が置かれている。薄いスペーサ層の使用によって、単位体積当たり活性フィルター面の大きいコンパクトなフィルターカートリッジが得られる。
【０００５】
ＵＳ５，３０４，３１２には、端面に設けられた第１および第２エンドキャップを有する封止されたフィルターユニットが記載されている。ここでは、エンドキャップは、濾過される未処理液体と、前記未処理液体から濾過された透過物とのためのラインを連結するコネクタを有している。フィルターユニットは、エンドキャップの間に配設され、フィルター層と液体不透過スペーサ層とを有する渦巻状に巻かれた２層フィルター複合材料からなるフィルター要素を有している。渦巻状に巻かれたフィルター複合材料の２つの両側の端面において、フィルター層のエッジ部は、左右に隣接するスペーサ層に液体密封式でそれぞれ連結されている。この構成によれば、第１エンドキャップを介して供給された未処理液体は、第２エンドキャップにおいて透過物として取り除かれるために、初めにフィルター層を透過する必要がある。
【０００６】
ＥＰ１，２５６，３７２は、穴が開けられたパイプの周りに渦巻状に巻かれた毛細管フィルターマットを備えたフィルターモジュールを示している。濾過される未処理流体は、穴が開けられたパイプを通して供給され、渦巻状に巻かれた毛細管フィルターマットに接触する。毛細管フィルターの内側と外側との間の差圧によって、未処理流体から透過物が濾過され、毛細管フィルターの内部から取り除かれる。毛細管フィルターの内側へのアクセスは、成型可能で硬化可能な材料からなるエンドキャップが設けられた渦巻状に巻かれた毛細管フィルターの２つの端面によってもたらされる。当該エンドキャップは、毛細管フィルターの長手方向軸に実質的に垂直に所定のサイズに切断されて得られるようになっている。
【０００７】
運転状態が持続している間、例えば、膜間差圧、未処理流体の体積および速度、濾過システムの能力すなわち１時間当たりに濾過される未処理流体の容量は、活性濾過面（active filtration surface）に比例する。工業的に生産されたフィルター膜の製造誘導限度（production-induced limitations）および制限された機械的荷重負担能力によれば、一般のフィルターモジュールの活性濾過面の大きさには上限がある。このため、高い濾過能力を有する濾過システムを構築するために、複数のフィルターモジュールが、パイプラインシステムによって、並列連結のタイプで互いに連結されている。このタイプのパイプラインシステムは、通常多数の分岐およびパイプカップリングを有しており、製造するために費用がかかり、設置が複雑となり、濾過能力に貢献することなく濾過システムによって必要とされるスペースが増大していた。
【発明の概要】
【０００８】
このことにより、本発明の目的は、簡素で効率的な流体案内を有する濾過システムを提供することである。さらに、本発明は、複数の濾過モジュールを連結し、複雑なパイプラインシステムを使用することなく、高い濾過能力を有する濾過システムを形成し得ることを意図している。
【０００９】
この目的は、
−１つ以上のフィルターモジュールと、
−フィルターモジュールを流体分配器に結合し、選択的に前記フィルターモジュールを他のフィルターモジュールに結合する１つ以上の流体カップリングと、を備え、
−フィルターモジュールが、エッジ部において、１つまたは２つの透過出口開口部を有する平坦フィルター（flat filter）、毛細管フィルター（capillary tube filter）または巻かれたフィルターモジュール（wound filter module）として構成され、
−流体カップリングが、透過流体のための少なくとも一つのダクトを有し、
−透過流体のためのダクトが、透過出口開口部に連結されている、
濾過システムによって達成される。
【００１０】
本発明の発展は、流体カップリングが、
−未処理流体のため少なくとも一つのダクトを有し、当該ダクトが、透過流体のためのダクトから、流体密封式に区分けされ；
−濃縮流体のための少なくとの１つのダクトを有し、当該ダクトが、透過流体のためのダクトから、流体密封式に区分けされ；
−未処理流体のための少なくとも一つのダクトと、濃縮流体のための少なくとも一つのダクトを、を有し、これらのダクトが、透過流体のためのダクトから、流体密封式にそれぞれ区分けされ；
−１部品、２部品または３部品構造となっているカップリング本体を有し；
−１部品構造となっているカップリング本体であって、少なくとも一つの透過貯蔵部を含むカップリング本体を有し、透過貯蔵部が、透過流体のためのダクト、および、フィルターモジュールの透過出口開口部に連結され；
−１部品構造となっており、少なくとも一つの透過貯蔵部と、少なくとも一つの濃縮貯蔵部と、を含むカップリング本体を有し、透過貯蔵部が、透過流体のためのダクト、および、フィルターモジュールの透過出口開口部に連結され、濃縮貯蔵部が、濃縮流体のためのダクトに連結され；および、
−好ましくは環状に閉ざされているシールを有している、
という点で特徴づけられている。
【００１１】
フィルターモジュールは、
−１つまたは２つの端壁を有し、少なくとも一つの端壁が、透過出口開口部を有し；および好ましくは、
−少なくとも一つの端壁に、透過流体のための１つ以上のダクトが設けられ；
−少なくとも一つの端壁が、未処理流体のための１つ以上のダクトを有し；
−少なくとも一つの端壁が、濃縮流体のための１つ以上のダクトを有し；または、
−少なくとも一つの端壁が、透過流体、未処理流体および濃縮流体のための１つ以上のダクトをそれぞれ有している、
という点で特徴づけられている。
【００１２】
本発明の他の発展において、フィルターモジュールは、好ましくは管状構造となっているハウジングを有している。
【００１３】
とりわけ好ましい実施の形態においては、フィルターモジュールは透過流体のための１つ以上の導管を有し、当該導管は、濾過面に実質的に平行に延び、フィルターモジュールの２つの端面に連結されている。
【００１４】
本発明による濾過システムの更なる改良は、請求項１７−１９に再現されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、流体カップリングによって連結された３つのフィルターモジュールを有する濾過システムを示す図である。
【図２ａ】図２ａは、１部品および３部品構造となっているカップリング本体を有する流体カップリングを示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、１部品および３部品構造となっているカップリング本体を有する流体カップリングを示す図である。
【図２ｃ】図２ｃは、１部品および３部品構造となっているカップリング本体を有する流体カップリングを示す図である。
【図３ａ】図３ａは、フィルターモジュールの断面を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、フィルターモジュールの断面を示す図である。
【図４】図４は、流体カップリングによって連結された２つのフィルターモジュールの断面を示す図である。
【図５】図５は、間に配置されたスペーサを含む渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素を有する好適に巻かれたフィルターモジュールの横断面を示す図である。
【図６ａ】図６ａは、巻かれたフィルターモジュールの斜視断面を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは、巻かれたフィルターモジュールの斜視断面を示す図である。
【図６ｃ】図６ｃは、巻かれたフィルターモジュールの斜視断面を示す図である。
【図６ｄ】図６ｄは、巻かれたフィルターモジュールの斜視断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、概略的に示された図面を参照して、以下に詳細に説明される。
【００１７】
図１は、濾過される未処理流体２００がライン１１０を介して供給される、本発明による濾過システム１の一例を示している。未処理流体２００は、３つのフィルターモジュール１０’、１０、１０を通って流れ、透過流体２２０が、未処理流体２００から濾過されて、ライン１３０を介して取り除かれる。フィルターモジュール１０’、１０、１０の濾過膜を通過することができない物質は、未処理流体２００内で濃縮される。このため、フィルターモジュール１０’、１０、１０を通って流れた後、未処理流体２００は、濃縮流体２１０として示されている。濃縮流体２１０は、ライン１２０を介して取り除かれる。未処理流体２００および濃縮流体２１０は、ここでは互いに隔離されている。これに対して、連続濾過運転の間、濃縮勾配が、未処理流体２００と濃縮流体２１０との間で上昇する。フィルターモジュール１０’、１０、１０は、エッジ部において、１つまたは２つの透過排出部を有する平坦フィルター、毛細管フィルターまたは巻かれたフィルターモジュールとして構成されており、１つ以上のフィルター要素６０を備えている。フィルター要素６０は、平面的に若しくは渦巻状に巻かれた平坦フィルター、または、円筒状の毛細管フィルターとして構成されている。フィルター膜の多層の積み重ね体と、織物スペーサまたはフィルターポケットまたはカセットは、従来から知られているが、平坦フィルターとして適している。積み重ね体またはフィルターポケットは、少なくとも２つの両側のエッジ部において流体密封式に封止されている。
【００１８】
フィルターモジュール１０’、１０、１０は、流体カップリング７０によって、流体密封式に、互いに、かつ、ライン１１０、１２０、１３０に連結されている。このことにより、フィルター要素６０の内部は、膜間透過部（trans-membrane permeation）から離れて、未処理流体２００および濃縮流体２１０から閉ざされている。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態において、フィルターモジュール１０には（選択的にフィルターモジュール１０’にも）、透過流体２２０のための導管３０が設置されている。導管３０の内径は、フィルター要素６０の内部に集められた透過流体２１０が、実質的に抵抗なく、フィルターモジュール１０’、１０、１０から取り除かれ得るように寸法付けられている。
【００２０】
図１に示す流体カップリング７０は、未処理流体２００のための１つ以上のダクト７２と、透過流体２２０のための１つ以上のダクト７３と、未処理流体２１０のための１つ以上のダクト７４と、を有している。
【００２１】
図２ａは、本発明による円筒状流体カップリング７０ａを、平面横断面で示している。当該流体カップリングは、同心状に配設され段階的なサイズの３つのリングから作られた３部品のカップリング本体７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有している。内側リング７１ａによって囲まれた円筒状の空間領域は、未処理流体２００のためのダクト７２を形成している。内側リング７１ａと中央リング７１ｂとによって囲まれた空間領域は、透過流体２２０のためのダクト７３を形成している。濃縮流体２１０のための別のダクト７４は、中央リング７１ｂと外側リング７１ｃとによって囲まれている。ダクト７２、７３、７４は、リング７１ａ、７１ｂ、７１ｃの両側の端面に配設された２つの環状シール７５、７６、７７によって、それぞれ互いに封止されている。流体カップリング７０ａの機能を示すために、毛細管フィルター要素６０の端面における横断面および開口部が、図２ａに示されている。毛細管フィルター要素６０は、フィルターモジュール１０’、１０、１０内に配設されて、その端面における開口部が透過流体２２０のためのダクト７３に連結され、透過流体２２０が通って流れるラインシステムを形成している。
【００２２】
本発明による好適な他の流体カップリング７０ｂが、図２ｂに示されている。当該流体カップリング７０ｂは、１部品構造となっているカップリング本体７１ｄと、未処理流体２００、透過流体２２０および濃縮流体２１０のためのダクト７２、７３、７４と、を有している。フィルターモジュール１０’、１０、１０から透過流体２２０を導出するために、および、透過流体２２０のための４つのダクト７３を連結するために、カップリング本体７１ｄには、環状包囲凹部の形態の分配器チャンバー７８が設置されている。他の分配器チャンバー７９は、環状包囲凹部の形態で具体化され、濃縮流体２１０のための４つのダクト７４を連結している。ダクト７２、７３、７４は、カップリング本体７１ｄの両側の端面に配設された２つの環状シール７５、７６、７７によって、それぞれ互いに封止されている。
【００２３】
図２ａおよび図２ｂに示された流体カップリング７０ａおよび７０ｂは、円筒状横断面を有するフィルターモジュール１０’、１０、１０、とりわけ、巻かれたフィルターモジュール、および、好ましくは分配器チャンバー７８に一致する環状領域において、中心軸の周りに毛細管フィルターの管開口部が配設された毛細管フィルターモジュールに適している。図２ｃに示されたタイプの流体カップリングは、平らなフィルター要素６０を有する平坦フィルターモジュールに適している。流体カップリング７０ｃは、１部品のカップリング本体７１ｅを有している。他の参照符号は、図２ｂと同じ意味を有している。また、平らなフィルター要素６０の横断面は、流体カップリング７０ｃの平面図で示されている。４つのダクト７２および７４は、さらに、未処理流体２００および濃縮流体２１０をそれぞれ案内するように機能している。
【００２４】
カップリング本体７１ａ〜７１ｅは、選択的に添加物が添加された基本材料から構成されていることが好ましい。基本材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどのようなポリマー、熱可塑性樹脂、ガラス繊維強化プラスチック、樹脂、天然若しくは合成由来ゴム、および上述した材料の組み合わせを含むグループから選択される。ガラスまたはカーボン繊維は、添加物として使用されることが好ましい。カップリング本体７１ａ〜７１ｅは、例えば、選択的に後で行われる機械加工を伴う射出成形、または、ブランクからの機械加工などのように、さまざまな方法で製造される。これの代わりとして、カップリング本体７１ａ〜７１ｅは、適切に形成され、または穴開けされた平坦材料の層状のラミネーションによって製造されている。図３ａは、フィルター要素６０を含むフィルターモジュール１０を、横断面で示している。フィルター要素６０は、平らに若しくは渦巻状に巻かれた平坦フィルターとして、または、毛細管フィルターとして構成されている。図３ａに示されたフィルター要素６０は、例えば、２つのフィルター膜６１、６３と、それらの間に配置された排出要素６２と、を含む平坦フィルター、または、毛細管フィルターとなっている。参照符号６１および６３は毛細管壁の両側の断面を示し、排出要素６２は全体的に省略されている。フィルターモジュール１０は、外面３１および３１’を含む２つの端壁３および３’を有している。フィルター要素の開口エッジ領域または透過出口開口部６５および６７は、外面３１および３１’において開口している。端壁３、３’は、好ましくは、未処理流体２００のためのダクト７、７’と、透過流体２２０のためのダクト８、８’と、濃縮流体２１０のためのダクト９、９’と、を有し、ダクト８、８’が、透過ライン３０によって流体密封式に連結されている。透過ライン３０は、長手方向軸に実質的に平行に、または、フィルター要素６０の膜表面に平行に配設され、実質的に抵抗がないように、透過流体２２０が、相互に連結された複数のフィルターモジュール１０を通って導出されることを可能にしている。透過ライン３０は、実質的に抵抗がなく、膜を通ってフィルター要素６０の内部に入り透過流体２２０のための通路を形成する。その流れは、内部に配設された排出要素６２によって、または、毛細管フィルターの小さな内部横断面によって塞がれる。ダクト７、７’は、好ましくは、壁に設けられた出口開口部４１を有する未処理流体ライン４０によって連結されている。濾過システム１に供給された未処理流体２００は、未処理流体ライン４０によってフィルターモジュール１０に均一に分配される。
【００２５】
図３ｂは、エッジ部において１つの透過出口開口部６５を有するフィルターモジュール１０’を示している。当該フィルターモジュール１０’において、フィルター要素６０のエッジ領域または透過出口開口部６７は、端壁３’によって流体密封式に囲まれている。透過流体２２０は、端壁３において、開口したエッジ領域または透過出口開口部６５を介してのみフィルター要素６０から導出される。他の参照符号は、図３ａと同一の意味を有している。また、図３ｂに示されたフィルターモジュール１０’には、ハウジング４が設置されている。当該ハウジング４は、流体密封式に、端壁３および３’に連結されている。図３ａに示されたフィルターモジュール１０には、フィルターモジュール１０’と同様にして、ハウジング４が設けられ得る（しかしながら、ハウジング４は、図３ａを明瞭にするために示されていない）。
【００２６】
図４は、２つのフィルターモジュール１０の間の流体カップリング７０ｂによる連結の断面構成を分解して示している。ここでは、参照符号は、図２ｂおよび図３ａと同じ意味を有している。未処理流体は、フィルターモジュール１０の端壁３、３’内のダクト７、７’と、カップリング本体７１ｄのダクト７２とを通って流れる。未処理流体から濾過された透過流体は、フィルター要素６０の内部から、端壁３、３’内の透過出口開口部６５、６７を通って、カップリング本体７１ｄの透過貯蔵部７８に流れ、さらに、ダクト８、８’を介して透過貯蔵部７８に連通した透過ライン３０を通って案内される。透過貯蔵部７８を介した連結は、透過ライン３０とダクト８、８’とが、ダクト７３に重なり合う必要がないことを意味している。このことは、図４において明らかになっており、ここでは、図の右側に部分的にのみ示されたフィルターモジュールの透過ライン３０は底部に配設され、左側に全体が示されたフィルターモジュール１０の透過ライン３０は上部に配設されている。２つのフィルターモジュールの透過ライン３０は、透過貯蔵部７８およびダクト７３を介して連通している。同じことが濃縮流体の導出にも適用され、図４の左側に示されたフィルターモジュール１０の端壁３内の通路９は、右側に示されたフィルターモジュールの端壁３’内の通路９’に、濃縮貯蔵部７９およびダクト７４を介して連通している。
【００２７】
従来においては知られていなかった新規の巻かれたフィルターモジュールを有する、本発明による濾過システム１のとりわけ好適な実施の形態が、以下に述べられる。参照符号は、図５および図６ａ〜図６ｄに具体的に示されている。新規の巻かれたフィルターモジュールにおいて、フィルター膜６１、６３は、好ましくは、排出層６２の２つの面の一方に、それぞれ積層されている。とりわけ、平坦フィルター要素６０は、液体接着手段、または、接着ネット若しくは接着フィルムなどのようなリボン状の固体接着手段によって、２つのリボン状のフィルター膜とリボン状の排出層とから実質的に連続運転されたラミネータにおいて積層されたリボン状の、好ましくは、柔軟性のあるフィルター複合材料から作製される。リボン状のフィルター複合材料を製造するために、例えば、第１のリボン状のフィルター膜、熱可塑性のポリマーからなる第１のリボン状の接着ネット、リボン状の排出層、熱可塑性のポリマーからなる第２のリボン状の接着ネット、および、第２のリボン状のフィルター膜が、別々の貯蔵リールからそれぞれ供給されて、圧力ロールの対において組み合わせられ、リボン状の積み重ね体を形成し、このリボン状の積み重ね体が、その上面および下面において、加熱ロールの対で加熱されて続いて冷却され、第１および第２の接着ネットが溶融し続いて冷却され、排出層が、フィルター膜に永続的に接着されて接合される。
【００２８】
排出層は、流体を通して案内するための開口構造を有するポリマー、無機または金属のリボン材料からなっている。排出層の材料は、プラスチックからなる格子またはスペーサのネットであることが好ましい。スペーサのネットは、従来技術として知られており、第１および第２のシート状のループ構造体と、当該第１及び第２のループ構造体の間に配設されたパイル糸のシステムと、からなっている。パイル糸は、ループ構造体の縦糸または横糸の方向において、互いに対して規則的に間隔をあけており、各パイル糸は、第１および第２のループ構造体のループを交互に通過し、パイル糸は、鋸歯状または渦巻状のコースを有している。
【００２９】
フィルター膜は、１つ以上、好ましくは２つの層から構成されている。一般に、２層フィルター膜は、支持不織物と多孔性膜の層とからなっている。フィルター複合材料を製造している間、支持不織物は、排出層に接合または積層されて、多孔性膜の層は、フィルター複合材料の外側面に配設される。多孔性膜の層は、湿式の凝固（wet coagulation）またはラミネーションによって、支持不織物に接合または積層されている。湿式の凝固において、多孔性膜の層は、支持不織物に堆積され、あるいは、支持不織物に積層される。多孔性膜の層は、好ましくは、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、セルロース・アセテート、再生セルロース、ポリオレフィン、または、フッ素重合体からなっている。多孔性膜の層は、例えば、ポリマー溶液でコーティングされた不織布または織物によって製造され、ポリマーは、次の位相反転ステップ（subsequent phase inversion step）において、凝結される。この代わりに、ポリマーシートは、適切に延伸されて、ポリマーシートに細孔を作製する。延伸されたポリマーシートは、その後、機械的に安定させるために、支持不織物上に積層される。これらの方法により製造されたフィルター膜は、例えば、ＮＡＤＩＲ（登録商標）の膜（ＭＩＣＲＯＤＹＮ−ＮＡＤＩＲ  ＧｍｂＨ、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ）、または、Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）の平坦シート膜（Ｃｅｌｇａｒｄ  Ｉｎｃ．，Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ，ＵＳＡ）などのように市販されている。
【００３０】
フィルター要素６０を製造するために、適切な、好ましくは矩形形状を有するフィルターブランクが、例えば、上述したタイプのフィルター複合材料から切り出される。得られたフィルターブランクは、例えば、以下のような知られた方法によって、エッジ部で流体密封式に封止される。
−熱的または超音波溶接によって濾過膜に排出層を接合する；
−フィルターブランクのエッジ領域において、排出層とフィルター膜との間に液体接着剤が導入されて硬化／架橋されるように接着する；
−フィルターブランクのエッジ領域が、上面および下面、さらには切断面／隣接エッジ部に塗布された接着剤を有するように、浸漬して接合する；
−糸で機械的に縫いつける；あるいは、
−機械式クランプ装置によって。
【００３１】
この場合、フィルターブランクの少なくとも２つの相互に両側のエッジ領域、好ましくは３つまたは４つのエッジ領域が、それらの全長にわたって液体密封式に封止される。
【００３２】
このようにして得られた好ましくは矩形状のフィルター要素６０は、流体密封式に封止された第１および第２エッジ領域６４、６６と、第３および第４の開口された（すなわち、封止されていない）、または封止されたエッジ領域６５、６７と、を有している。
【００３３】
互いに積み重ねられた１つ以上のフィルター要素６０は、円筒状の渦巻体を形成するように巻かれ、例えば、ベルトまたはリングなどのような適切な機械的保持装置によって当該形状に固定される。典型的な巻き構造が図５に示されている。平坦フィルター要素６０は、好ましくは、未処理流体のための分配器パイプ４０の周りに巻かれている。本発明の発展として、シート状構造からなり、流れを通過させることができる１つ以上のスペーサ要素８０が、渦巻体（図５参照）の巻き付けの前に、平坦フィルター要素６０の単層または多層の積み重ね体に加えられる。当該スペーサ要素８０は、例えば、プラスチックからなる大きな網の目の格子またはネットとなっている。１つのスペーサ要素８０は、それぞれの場合において、２つの平坦フィルター要素６０の間に挿入されることが好ましい。
【００３４】
本発明のとりわけ好ましい実施の形態において、１つ以上の、好ましくは管状の透過ライン３０が、巻き構造または渦巻体に加えられる。透過ライン３０は、２つの隣接した平坦フィルター要素６０の間、または、平坦フィルター要素６０とスペーサ要素８０との間に配設され、その長手方向軸が巻き構造の長手方向軸に実質的に平行に配向される。透過ライン３０の長さは、ここでは、巻き構造の長さ、すなわち、平坦フィルター要素６０の幅に対応している。
【００３５】
保持装置によって、選択的に分配器パイプ４０および選択的に透過ライン３０と共に固定された渦巻体に、液化された硬化可能な材料およびその後に硬化される材料で端面に成型されることによって、第１端壁３が設けられている。当該第１端壁３は、流体密封式に第３エッジ部６５を囲んでいる。第１端壁３を製造するために、例えば、矩形状または円形状の内部横断面と平面ベースとを有する金型は、エポキシ樹脂で所定の高さまで充填される。端壁３を補強するために、エポキシ樹脂にガラス繊維またはカーボン繊維を混合させることは好適である。この後、第１エッジ領域６５が完全にエポキシ樹脂に浸漬されるように渦巻体が金型本体に対して配向される。次に、エポキシ樹脂が、熱的または紫外線によって硬化され、流体密封式に第１エッジ領域６５を囲む母材を形成する。この母材は、金型から取り外され、鋸盤、フライス盤、旋盤または研削盤によって機械加工され、正確な所定の最終形状を有する第１端壁３を提供するとともに、端壁３の外側面３１においてエッジ領域６５をさらして開口させ、このようにして、平坦フィルター要素６０の内部に、すなわち、排出層６２に流れを通すことができるアクセスが作製される。同様にして、選択的に分配器パイプ４０と選択的に透過ライン３０とが、機械加工によって開口される。これに加えて、必要に応じて、ドリル加工またはフライス加工が行われて、分配器パイプ４０および透過ライン３０の内部から樹脂が取り除かれる。本発明の発展として、濃縮流体のためのダクト９が、端壁３にドリルで穴開けされる。巻かれたフィルターモジュールには、好ましくは、第２端壁３’が設けられ、当該第２端壁３’は、例えば、液化された硬化可能な材料による成型と、その後の機械加工とによって、第１端壁３と同様にして作製される。
【００３６】
２つのフィルター膜６１、６３と、これらの間に配置された排出層６２とからなる３層構成により、平坦フィルター要素６０は、強固になり、フィルター膜６１、６３の外側面と排出層６２との間の、２バールより大きい、好ましくは１０バールより大きい、特に好ましくは２０バールより大きい膜間差圧に、機械的損傷または漏れを形成することなく、耐える。本発明によれば、平坦フィルター要素６０は、軸２の方向において、０．１〜６．０ｍ、好ましくは０．４〜４．０ｍ、特に好ましくは０．６〜２．５ｍの長さを有している。渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素６０で満たされる空間領域は、渦巻状の巻体の中心軸としての軸２に対して、０．０５〜１．５ｍ、好ましくは０．１〜１．２５ｍ、特に好ましくは０．２〜０．８ｍの半径寸法を有している。この場合、渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素６０の外側面と、当該外側面に隣接する、同一または他の平坦フィルター要素６０の内側面との間の半径方向距離（図５において参照符号１６０によって示す）は、０．１〜２０ｍｍ、好ましくは０．３〜８ｍｍ、特に好ましくは０．５〜３ｍｍである。上述した寸法を有する渦巻状に巻かれたフィルターモジュール１は、１フィルターモジュールにつき、５０ｍ２より大きい、好ましくは２５０ｍ２より大きい、特に好ましくは１０００ｍ２より大きい活性濾過面（active filtration surface）を有している。
【００３７】
図５は、分配器パイプ４０と、２つの渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素６０と、平坦フィルター要素６０の間に配設されたスペーサ要素８０と、を有する、好適なフィルター巻体の横断面を概略的に示している。スペーサ要素８０は、プラスチックからなる大きな網の目の格子またはネットとして構成されていることが好ましい。渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素６０の外側面と、当該外側面に隣接する同一または他の平坦フィルター要素６０の内側面との間の半径方向距離は、両矢印１６０によって示されている。半径方向距離１６０は、０．１〜２０ｍｍ、好ましくは０．３〜８ｍｍ、特に好ましくは０．５〜３ｍｍである。
【００３８】
図６ｃは、２つの端壁３、３’とハウジング４とを含む好適な巻かれたフィルターモジュールを斜視的に示す部分断面図である。ここでは、端壁３、３’のエッジ部が流体密封式にハウジング４に連結されている。端壁３、３’には、濾過される未処理流体を通して案内するために中央配置ダクト７、７’が設けられている。ハウジング４は、好ましくは、管状構造となっている。好適な発展において、ハウジング４には、その端面に、フランジ１１、１３が設けられている。当該フランジ１１、１３によって、巻かれたフィルターモジュールが、他のフィルターモジュール、または、濾過システムの他の構成部材に簡単な方法で連結可能になっている。巻かれたフィルターモジュールは、２バールより大きい、好ましくは１０バールより大きい、特に好ましくは２０バールより大きい内圧に、機械的損傷または漏れを形成することなく、耐えるようになっている。
【００３９】
図６ｄは、２つの端壁３、３’と、端壁３、３’内に設けられたダクト７、７’を連結する中央配置分配器パイプ４０と、を含む好適な巻かれたフィルターモジュールを示している。分配器パイプ４０の壁は、１つ以上の開口部４１を有し、当該開口部４１を通って、未処理流体が、半径方向外側に、渦巻状に巻かれた平坦フィルター要素６０の間の空間に向かって流れるようになっている。さらに、図６ｄは、透過ライン３０を、ダクト８、８’および濃縮流体のためのダクト９、９’と共に示している。
【符号の説明】
【００４０】
１              濾過システム
１０、１０’    フィルターモジュール
３、３’        フィルターモジュールの端壁
４              フィルターモジュールのハウジング
１１、１３      ハウジングのフランジ
７、７’        端壁に設けられた未処理流体のためのダクト
８、８’        端壁に設けられた透過流体のためのダクト
９、９’        端壁に設けられた濃縮流体のためのダクト
３０            透過ライン
４０            未処理流体ライン、分配器パイプ
４１            未処理流体ラインに設けられた出口開口部
６０            フィルター要素
６５、６６、６７、６８  フィルター要素のエッジ領域
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ  流体カップリング
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ  カップリング本体
７２            流体カップリングに設けられた未処理流体のためのダクト
７３            流体カップリングに設けられた透過流体のためのダクト
７４            流体カップリングに設けられた濃縮流体のためのダクト
７５            未処理流体のためのシール
７６            透過流体のためのシール
７７            濃縮流体のためのシール
７８            透過貯蔵部
７９            濃縮貯蔵部
２００          未処理流体
２１０          濃縮流体
２２０          透過流体
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
0005657538.tif 000005
【図３ａ】
0005657538.tif 000006
【図３ｂ】
0005657538.tif 000007
【図４】
0005657538.tif 000008
【図５】
0005657538.tif 000009
【図６ａ】
0005657538.tif 000010
【図６ｂ】
0005657538.tif 000011
【図６ｃ】
0005657538.tif 000012
【図６ｄ】
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