(57)【要約】【課題】渦巻き型濾過システムの性能を、膜間圧力（ＴＭＰ）のよりよい制御を手段として改善することを目的とする。【解決手段】本発明は、液体の膜濾過用の濾過器アセンブリ、特に改善された濾過性能をもつ渦巻き型濾過器アセンブリに関する。透過物を透過物出口（１２）へ運ぶ透過物チャネル（５；３０５，３２５）と、該透過物チャネルの少なくとも一部における圧力を増加させるために、逆止弁若しくは調節弁又は隆起物の形態をとる少なくとも１つのフロー制限物（１３；１１３；２１３；３３３）を設けられた前記透過物チャネルと、を備えた渦巻き型濾過器アセンブリを提供する。さらに、本発明は、そのような濾過器アセンブリを備える装置、及び本装置を使用するための方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の膜濾過用の渦巻き型濾過器アセンブリであって、
１以上の渦巻き型濾過器ユニット（３；２０３，２０３’；３０３，３０３’，３０３”）を濾過器スペース（１４；２１４）内に保持するハウジング（２）と、
供給物入口（７）から非透過物出口（８）への供給フロー方向（９）に該濾過器スペースを通して液体を供給するための、該濾過器スペースの一端にある該供給物入口（７）と、該濾過器スペースの他端にある該非透過物出口（８）と、
該濾過器スペース（１４；２１４）から透過物を排出するための少なくとも１つの透過物出口（１２）と、
を備え、かつ、
前記１以上の渦巻き型濾過器ユニット（３；２０３，２０３’；３０３，３０３’，３０３”）は、
供給物チャネル（４）を透過物チャネル（５；３０５，３２５）から分離する膜濾過器（６）、
を備え、
該供給物チャネル（４）は、該膜濾過器（６）に平行な供給フローパスに沿って該供給フロー方向（９）に液体を運ぶために、供給物入口（７）と非透過物出口（８）との間に延在し、かつ
透過物を該透過物出口（１２）へ運ぶ少なくとも１つの該透過物チャネル（５；３０５，３２５）は、
該供給物入口（７）と該非透過物出口（８）との間に延在し、該供給フロー方向（９）に垂直な方向に第１の透過物フローパスに沿って透過物を運ぶ第１部分（５ａ；１０５ａ）と、
該供給フロー方向（９）に平行な方向に第２の透過物フローパスに沿って該透過物出口（１２）まで透過物を運ぶ第２部分（５ｂ；１０５ｂ）と、
を備え、かつ、
少なくとも１つの該透過物チャネル（５；３０５，３２５）は、該透過物チャネルの少なくとも一部における圧力を増大させるために、少なくとも１つのフロー制限物（１３；１１３、１２０；２１３；３３３）を設けられている、
前記渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのフロー制限物（１３；１１３；２１３；３３３）は、該濾過領域の外側に、該透過物チャネル（５；３０５，３２５）の該第２部分（５ｂ；１０５ｂ）に、１以上の渦巻き型濾過器ユニット内に又は該アセンブリの２以上の濾過器ユニットの間に、置かれる、請求項１に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項３】
該フロー制限物（１３；１１３；２１３；３３３）は、弁、たとえば逆止弁又は調節弁を備えている、請求項１又は２に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項４】
２以上の渦巻き型濾過器ユニット（２０３，２０３’；３０３’，３０３”）を備え、該渦巻き型濾過器ユニットの該透過物チャネル（３０５）は、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（２１５）を介して相互に接続されており、該少なくとも１つのフロー制限物は、該アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の一部分に接続されるか、又は該アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の一部分を形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項５】
該逆止弁は、流体流量の広い範囲、例えば６０から４，０００リットル／時間、好ましくは６０から８，０００リットル／時間、さらに好ましくは６０から１２，０００リットル／時間にわたり、該逆止弁にわたる実質的に一定の圧力低下を生起させるように配置されている、請求項３又は４に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのフロー制限物（１２０)は、アセンブリの１以上の渦巻き型濾過器ユニットにおいて、該透過物チャネルの該第１部分（１０５ａ）に、または該透過物チャネルの該第１部分から第２部分への遷移領域に設置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項７】
該透過物チャネルの前記第１部分（１０５ａ）は、少なくとも１つのフロー制限物（１２０）を設けられて、少なくとも２つの別々の圧力領域を生み出す、請求項１〜６のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つの該フロー制限物（１２０)は、透過物スペーサ（１９）における隆起物から成る、請求項７に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項９】
該フロー制限物（１３；１１３、１２０；２１３；３３３）は、６０〜１２，０００リットル／時間の範囲の透過物流量において、０．０５〜１０バールの範囲の、好ましくは０．１〜５バールの範囲の、該フロー制限物にわたる圧力差を誘起するように設計されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ。
【請求項１０】
該フロー制限物（２１３）の上流の該透過物チャネル(３０５)における該圧力を増大させるフロー制限物（２１３）を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリに使用されるアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）。
【請求項１１】
該フロー制限物は、弁、たとえば逆止弁又は調節弁を備えている、請求項１０に記載のアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）。
【請求項１２】
該フロー制限物は、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）を通ってその中心軸に沿って延在する流体フローパスを形成する、請求項１０又は１１に記載のアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）。
【請求項１３】
該逆止弁は、流体流量の大きな範囲、例えば６０から４，０００リットル／時間、好ましくは６０から８，０００リットル／時間、さらに好ましくは６０から１２，０００リットル／時間にわたり、該逆止弁にわたる実質的に一定の圧力低下を生起させるように配置されている、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）。
【請求項１４】
液体の膜濾過用の装置であって、請求項１〜９のいずれか１項に記載の渦巻き型濾過器アセンブリ（１；１０１；２０１；３０１）を少なくとも１つ備え、及び／又は請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）を少なくとも１つ備える、前記液体の膜濾過用の装置。
【請求項１５】
液体の膜濾過の方法、好ましくは限外濾過又は精密濾過の方法であって、供給物チャネル（４）を透過物チャネル（５；３０５，３２５）から分離する膜濾過器（６）と、供給物入口（７）、非透過物出口（８）と、少なくとも１つの透過物出口（１２）とを備えた渦巻き型濾過器アセンブリ（１；２０１；３０１）を使用する方法において、
該供給物チャネル（４）を通して供給フロー方向（９）に該液体を供給するために、該膜濾過器（６）の該供給物入口（７）と該非透過物出口（８）の間に圧力差を生起させること、
膜間圧力が、該膜濾過器を通し且つ該透過物チャネル（５；３０５，３２５）を介して、該供給フロー方向（９）に垂直な方向へ、少なくとも１つの該透過物出口（１２）へと透過を強制するように、該膜濾過器（６）にわたる前記膜間圧力を生起させること、
該透過物チャネル（５；３０５，３２５）の少なくとも一部における該圧力が増大せられ、且つ最大膜間圧力が減少せられるフロー制限物（１３；１１３，１２０；２１３；３３３）を設けること、
を備える、前記方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置を使った、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
濾過されるべき流体は、高い汚染傾向を有する流体、たとえば乳製品、食料品、果汁、ビールのような飲料、廃水、発酵もろみ液、バイオ技術及び製薬における流体である、請求項１５又は１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の膜濾過用の濾過器アセンブリ、特に渦巻き型濾過器アセンブリに関する。本発明は、更にそのような濾過器アセンブリを備えた装置及びその装置を使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の何１０年間に、たとえば精密濾過、限外濾過、ナノ濾過（ナノフィルトレーション）及び逆浸透濾過のような膜濾過技術の工業的応用は、非常に拡大してきた。重要な応用分野は、たとえば飲料水、廃水、バイオ技術及び食料である。工業的規模の膜濾過は、たいてい、クロスフロー濾過又はタンジェンシャル濾過を備えており、そこでは液体のクロスフローは、膜への汚染物付着を減らすために、膜の表面に沿って施与される。クロスフローの対極は、デッドエンド濾過で、これは研究室規模の応用において最も頻繁に用いられる。
【０００３】
膜濾過器は、分子スケールで分離することが出来る濾過器であり、最大の分離径は数十ミクロンである。これらの膜濾過器は、プロセスシステムにおいてお互いに協働が可能なように、膜モジュール（「膜ユニット」とも呼ばれる）に配置される。膜濾過器及びそれらのモジュールは、様々なモジュール、たとえば中空糸、平面シート、管および渦巻き型モジュールで利用可能である。工業的な膜濾過装置は、１つ以上の段階に配列された複数の膜モジュールを大抵備えている。
【０００４】
特に、渦巻き型モジュールは、工業的な応用において大きな重要性を獲得している。このことは、良好な総合性能と併せて、そのコンパクトなデザイン（モジュール体積に対する膜面積の高い比率、小さな滞留体積）によるものと思われる。渦巻き型濾過器アセンブリは、典型的には、１つのハウジングを備え、上記ハウジングは濾過器スペースに１以上の渦巻き型濾過器ユニットを保持している。そのハウジングは、その一端に供給物入口及び他端に非透過物出口が装備されている。その供給物入口及び非透過物出口の間に圧力低下を施与することにより、その膜に沿った液体のクロスフローが誘起される。ハウジングは、さらに、濾過器を通過した液体を排出するための透過物出口を備えている。ハウジング内の渦巻き型濾過器ユニットは、穴のあいた透過物収集管に接続され且つそれに対して開いた側は封印された１以上の膜濾過器の「囲い」を備えている。その囲いは、円筒状の渦巻き型濾過器ユニットを形成する透過物収集管に巻かれる。濾過においては、濾過液は膜表面に平行にかつ膜囲いに沿って供給される。膜濾過器間の圧力差（＝膜間圧力（ＴＭＰ; transmembrane pressure））は、膜濾過器を通過して透過物フローパスへの液体濾過を誘起する。透過物側では、透過物は膜囲いにおけるスパイラルの透過物フローパスを通る供給物フローに垂直に流れる。スパイラルの透過物フローパスを通過した後、透過物は中央透過物収集管に集められ、透過物出口を介して排出される。
【０００５】
しかし今までのところ、渦巻き型膜の応用は、多かれ少なかれ、比較的高い膜間圧力（ＴＭＰ）で運用される濾過プロセスにおける応用に限定されている。このことは、そのコンパクトなデザインにも起因している。膜にわたる液体のクロスフローは、モジュールの入口からモジュールの出口までのクロスフローチャネルにわたる（比較的大きな）圧力低下の原因になる。結果として、平均膜間圧力（ＴＭＰ）もまた高い。このことは、大抵２つ以上の渦巻き型モジュールが直列に配置され、１つのモジュールに比較して同等の平均膜間圧力（ＴＭＰ）の増加を結果する工業システムの場合には、なおさらである。
【０００６】
一方における（高い）クロスフロー速度と他方における（低い）膜間圧力（ＴＭＰ）の間のよいバランスが、膜表面近くの集中分極現象の生起（「汚染物付着」）に関連して、膜濾過システムの性能にとって特に重要であることはよく知られている。高い汚染物付着傾向を有する濾過液にとってこのバランスは非常に微妙であり、このことは、しばしば濾過プロセスが、所望のバランスに到達するために取られる特定の手段が無くては成功し得ないことを意味する。
【０００７】
中空糸、細管及び管状の膜システムに関しては、そのような手段・方法が文献に記載されている。１つのオプションは、たとえば膜の透過物側に沿う再循環フローを引き起こすことである。たとえばフローパスをビーズで充填することによって、その再循環フローパスのフロー抵抗が増加されるときは、透過物フローパスの入口と出口の間の圧力低下が作り出され、結果として低い膜間圧力（ＴＭＰ）になる（例えばＵＳ特許６７０９５９８を見よ）。
【０００８】
さらにセラミック膜の管状のモジュールに対しては、フローパスに沿った一様な流束を誘起するために、クロスフローの方向に厚みを減少させた又は多孔性を増加させた膜を製作することが提案されている。
【０００９】
一般には、クロスフローと膜間圧力（ＴＭＰ）との間の良いバランスのための上記これらの手段・方法は、中空糸、細管及び管状の膜システムのために提案されたものであり、渦巻き型膜には適していない。なぜならば、第１には、膜材料は、普通はポリマー（重合体）の性質を有しており、多孔度又は厚みの変動を制御し得る可能性がないからである。第２には、渦巻き型膜の特有のデザインは、そのような手段・方法を許容しないからである。
【００１０】
特有のデザイン及び特に膜の透過物側は片側のみに開口を有する囲いとして形成されているという事実は、渦巻き型を他のモジュール、たとえば管状、細管及び中空糸モジュールと明瞭に区別する。たとえば渦巻き型モジュールにおける透過再循環フローを、他のモジュールに対して提案されたように適用することは可能でないことは明確である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、渦巻き型濾過システムの性能を、膜間圧力（ＴＭＰ）のより良い制御により改善することを目的とする。本発明に従えば、この目的は、本願の請求項１に記載の渦巻き型濾過器アセンブリを提供すること及び請求項１３に記載の液体を扱う方法を提供することによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
透過物フローパスはフロー制限物を設けられるので、その透過物フローパスのフロー制限物の上流側部分における圧力は増大せられことが可能であり、したがってその膜間圧力（ＴＭＰ）は、その膜の部分に沿って減少せられることが可能である。これによって、膜濾過器に沿う膜間圧力（ＴＭＰ）の変動は、顕著に減少せられることが可能であり、より一定の膜間圧力（ＴＭＰ）を提供する。フロー制限物の存在はまた、フロー制限物なしで可能であるよりも、より低い（平均）膜間圧力（ＴＭＰ）を可能にする。より低い及び／又はより一定の膜間圧力（ＴＭＰ）は、運転中の汚染物付着をより少なくすることが可能であり、その結果としてより良好な濾過性能を導きうる。フロー制限物の存在は、このように、１つ以上の膜濾過器における濾過性能を改善する。逆浸透法及びナノ濾過法で効果的であるが、より一定の膜間圧力（ＴＭＰ）を提供することは、特に、限外濾過法及び精密濾過法の場合の濾過性能を改善することが、今発見された。
【００１３】
好ましくは、少なくとも１つのフロー制限物が、濾過領域の外側に、透過物チャネルの第２部分に、１以上の渦巻き型濾過器ユニット内に又はアセンブリの２以上の濾過器ユニットの間に、置かれる。このようにして、濾過器アセンブリの単純な構成が得られうる。
【００１４】
好ましくは、少なくとも１つのフロー制限物は、弁、たとえば逆止弁又は調節弁を備える。これによって、その弁の上流の透過物フローパスの部分における圧力は、予め決定され且つ正確に設定されることが可能になる。したがって、膜間圧力（ＴＭＰ）は、膜の所望の部分において所定の値又は範囲に設定されることが可能になる。
【００１５】
好ましくは、逆止弁は、流体流速の大きな範囲、たとえば６０〜４，０００リットル／時間、好ましくは６０〜８，０００リットル／時間、より好ましくは６０〜１２，０００リットル／時間にわたって、逆止弁にわたる実質的に一定の圧力低下を生起するように配置される。したがって、この弁の上流の透過物フローパスの部分における圧力は、正確に設定され且つ維持されうる。逆止弁は、ハウジング、（好ましくは円錐体の）ポペット弁及び／又は弁座を備えてもよく、そのポペット弁及び／又はハウジング及び／又は弁座は、弁が全開するとき、流体の流れを可能にするハウジングの断面が、逆止弁の軸方向の全長に沿って実質的に一定であるような形及び／又は大きさを備える。
【００１６】
好ましくは、濾過器アセンブリが、２以上の渦巻き型濾過器ユニットを備え、かつそれらユニットの透過物チャネルがアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）を介して相互に接続されている場合に、少なくとも1つのフロー制限物はアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の一部に接続されるか、又はアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の一部を形成する。よって、濾過器ユニットを取り替えるとき、濾過器アセンブリへのフロー制限物の簡単な取り付けを可能にしながら、フロー制限物は補修され再利用されうる。
【００１７】
本発明はまた、本発明に従う渦巻き型濾過器アセンブリにおいて使用されるそのようなアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）に関し、且つそのフロー制限物の上流の透過物チャネルにおける圧力を増加させるためのフロー制限物を備えている。好ましくは、そのフロー制限物は、弁、たとえば逆止弁又は調節弁を備える。よって、濾過器アセンブリへの弁の簡単な取り付けを可能にしながら、その弁は補修され再利用されうる。
【００１８】
透過物フローパスの第１部分におけるフロー制限物の設置（ここでフロー方向は供給物フロー方向に対して本質的に垂直である）と、透過物フローパスの第２部分におけるフロー制限物の設置（渦巻き型濾過器アセンブリの濾過器スペースの外側で）の両設置は、透過物フローパスの複雑な設計及び透過物の再循環フローの不在に関わらず、濾過性能の改善を助けることが驚くべきことに見出された。
【００１９】
（平均）膜間圧力（ＴＭＰ）の減少の結果及び／又は膜間圧力（ＴＭＰ）の変動の減少の結果、膜への汚染物付着を防止するために供給物チャネルにおける膜濾過器に沿ったクロスフローを維持しながら、渦巻き型濾過器及び従って渦巻き型濾過器アセンブリの総合性能は改善されうる。
【００２０】
本発明の特定の実施態様は、従属請求項に記載される。
【００２１】
本発明のさらなる特徴、効果及び詳細は、幾つかは概略図で示される実施態様を参照して本明細書において記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従う渦巻き型濾過器アセンブリの断面概略図である。
【図２】渦巻き型濾過器ユニットの部分を透視した概略図である。
【図３】本発明に従う渦巻き型濾過器ユニットの部分の断面概略図である。
【図４】本発明に従う別の渦巻き型濾過器アセンブリの断面概略図である。
【図５】本発明に従う更に別の渦巻き型濾過器アセンブリの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明に従う渦巻き型濾過器アセンブリの断面概略図である。
【００２４】
上記渦巻き型濾過器アセンブリ（１）は、渦巻き型濾過器ユニット（３）を保持する濾過器スペース（１４）を有するハウジング（２）を備える。そのような濾過器アセンブリは、液体処理用の濾過装置又は濾過プラントの部品でありうる。濾過器アセンブリ（１）のハウジング（２）は、供給物入口（７）から非透過物出口（８）への供給物フローの方向（９）へ濾過器スペース（１４）を通して液体を供給するために、濾過器スペース（１４）の一端に供給物入口（７）と、濾過器スペース（１４）の他端に非透過物出口（８）と、を備えている。本実施態様では、単一の透過物出口（１２）が、濾過器スペース（１４）から透過物を排出するために設けられている。
【００２５】
図１に示した渦巻き型濾過器アセンブリ（１）においては、非透過物出口（８）は、再循環ループ及び処理されるべき液体の循環用ポンプを介して供給物入口（７）と接続される。濾過器アセンブリ（１）において濾過されるべき液体は、供給物入口チャネル（１６）を介して再循環ループへ加えられうる。さらに、非透過物は非透過物出口チャネル（１７）を介して再循環ループから排出されうる。
【００２６】
渦巻き型濾過器は、好ましくは液体処理用のより大きな装置の部品である。液体濾過用の渦巻き型濾過器アセンブリを備える装置は、当業者には知られており、したがって本明細書では詳しく述べない。
【００２７】
図２は、渦巻き型濾過器ユニット（３）をより詳細に示す。渦巻き型濾過器ユニットは、膜の「囲い」（５ａ）内のスパイラルのフローパス及び透過物収集管（５ｂ）を備える（本実施態様においてはそれらから構成される）透過物チャネル（５）を典型的には備える。
【００２８】
いわゆる囲い（５ａ）の各々は、透過物チャネルスペーサ（１９）によって分離されている膜（６）の２層を含んでいる。それらの膜（６）間に透過物チャネルスペーサ（１９）を有する膜（６）の２層は、膜の囲い（５ａ）を形成するために３つの側面で封止される。透過物チャネルスペーサ（１９）は、透過物が膜の囲い（５ａ）を通して流れることを可能にする。
【００２９】
各囲い（５ａ）は、透過物収集管（５ｂ）の開放部分に接続され且つその開放端で封止される。濾過器が図１の渦巻き型濾過器アセンブリ（１）の部品であるときは、透過物収集管（５ｂ）は透過物出口（１２）に接続される。
【００３０】
コンパクトな渦巻き型濾過器ユニットを作るために、囲い（５ａ）は透過物収集管（５ｂ）に巻かれる。供給液は供給物チャネル（４）を通し囲いに沿って運ばれる。
【００３１】
供給物チャネルスペーサ（２０）は、本実施態様では樹脂製網目材で構成されており、供給物チャネル中に配置される。この供給物チャネルスペーサは、しばしばそれらが乱流促進物としても働くように設計される。一般的に、これは膜への汚染物付着を防止するのに有益である。渦巻き型濾過器ユニット（３）が、渦巻き型濾過器アセンブリの部分であるときは、供給物チャネル（４）は、濾過器スペース（１４）内の供給物入口（７）と非透過物出口（８）との間に延在する。濾過される液体は、膜濾過器に平行なフロー方向（９）に、濾過器へ供給される。
【００３２】
本発明の１つの実施態様においては、少なくとも１つのフロー制限物が濾過領域の外側に、透過物チャネルの第２部分に、１以上の渦巻き型濾過器ユニット内に又はアセンブリの２以上の濾過器ユニットの間に、置かれる。図１の渦巻き型濾過器アセンブリにおいては、フロー制限物（１３）は、該フロー制限物の上流の透過物チャネル区間における圧力を増大させるために、透過物チャネル（５）の透過物収集管（５ｂ）の中に設置される。１以上の標準化された弁がフロー制限物として施与されうる。たとえば図１においては、フロー制限物は、弁にわたる１バールの圧力差で開く２値制御（開又は閉）の弁で構成されている。このようにして、図１の実施態様における弁は、その弁にわたる所定の圧力差で開く逆止弁を構成する。
【００３３】
逃し弁の上流の透過物チャネルの区間における（相対的な）圧力が、該逃し弁が開く圧力差を選択又は調整することによって容易に設定されうることは、評価されるであろう。
【００３４】
別の実施態様においては、上記弁は、たとえば制御ユニットと接続された調節弁であってもよい。その調節弁が、制御ユニットから受信した信号に応答して全部又は部分的に開閉しうることは評価されるであろう。制御ユニットは、望ましいパラメータ値、たとえば透過物チャネル（５）又は濾過器スペース（１４）における望ましい圧力値を、測定されたパラメータ値、たとえば透過物チャネル（５）又は濾過器スペース（１４）における測定圧力値に対して比較してもよい。このような仕方で、弁の設定は、たとえば処理期間中の圧力変化に対する修正のために、処理期間中調節されうる。代替案として、フロー制限物は、フローチャネルの直径を局所的に小さくすることによっても実現されうる。
【００３５】
図１の濾過器アセンブリにおいては、１つのフロー制限物を備えるシステムが実施態様として示される。望ましければ、複数のフロー制限物が施与されうる。一例として、２つの圧力弁が存在可能であり、両者はたとえば０．５バールの圧力で２値制御及び開放をもつ。一方の弁は、たとえば透過物収集管の長さの約４分の１の位置に、他方の弁は、たとえばその約４分の３の位置に配置されることが可能である。
【００３６】
本発明に従う他の実施態様として、膜の囲いにおけるスパイラルの透過物フローパス、すなわち、透過物チャネル（５）の第１部分（５ａ）は、たとえば透過物スペーサ材（１９）における隆起物の形成によってフロー制限物を備えられる。濾過中は２つの別々の圧力領域が透過物チャネルの第１部分に存在するように、隆起物は設計されうる。
【００３７】
図３は、本発明に従う渦巻き型濾過器ユニット（１０３）の部分の概略図である。明確にするために、ユニットは、ほどかれた状態での囲いを伴って示される。膜の囲いにおける透過物チャネルの第１部分は１０５ａと、第２部分は１０５ｂと番号付けられる。透過物チャネルの第１部分において、透過物スペーサ材における隆起物（１２０）の形のフロー制限物が、透過物フロー方向に平行して続き、かつ囲いの閉じられた側（１０５ａ）から、透過物収集管へ接続される開かれた側（１０５ｂ）まで延在するように、備えられる。この隆起物に加え、２つの追加のフロー制限物（１１３）が、たとえば弁の形で透過物チャネルの第２部分に備えられる。弁は、隆起物がこの透過物収集管に接している該透過物収集管の位置に配置されうる。このような仕方によって、透過物チャネルは圧力領域に区分けされる。代替案として、隆起物は、たとえばある角度で、示されたその場所まで続いてもよく、囲いの両側まで又は透過物チャネルの管部分等々までは延在しなくてもよい。
【００３８】
別の好ましい実施態様においては、少なくとも１つのフロー制限物が、透過物チャネルの第１部分から第２部分への遷移部分に配置される。たとえば、透過物収集管は、穿孔形態のフロー制限物を含みうる。透過物収集管が、孔の直径が、入口付近で相対的に小さいく出口付近で相対的に大きいように変化する様に穿孔されているとき、圧力勾配は透過物チャネルの第１部分において実現されうる。この圧力勾配は、より低い膜間圧力（ＴＭＰ）をもたらし得て、そのこと自体、汚染物付着の防止に役立ちうる。
【００３９】
図４の例示的な実施態様においては、渦巻き型濾過器アセンブリ（２０１）が、２つの濾過器ユニット（２０３、２０３’）を保持する濾過器保持スペース（２１４）を伴って示されている。濾過器スペースに渦巻き型濾過器を直列に設置することは、経済的な理由（より小さなポンプ空間及び／又はより少ないハウジング材）によって優位性がありうる。しかし、延長された供給物チャネルの抵抗が増大するので、供給物チャネルにわたるより大きな圧力低下が必要とされる。
【００４０】
２つの濾過器ユニット（２０３、２０３’）は、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）によって分離されている。アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）は、典型的には、管状軸とその管状軸から放射状に延在するスポークを有する車輪形状デバイスである。その管状軸は、上流の濾過器ユニットからの透過物チャネルを、下流の濾過器ユニットの透過物チャネルと接続する。このようにして、管状軸は、この中心軸に沿ってアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）を通過して延在する流体フローパスを形成する。本実施態様では、渦巻き型濾過器アセンブリ（２０１）は、単一の透過物出口を備える。スポークは、上流の膜のロールの伸長を防止し、一方、同時に、非透過物が上流の濾過器ユニットから下流の濾過器ユニットへ自由に流れることを可能にする。
【００４１】
上流の渦巻き型濾過器ユニット（２０３）は、膜のロールの伸長を防止するために、膜要素の下流端にアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）を装備される。好ましい実施態様においては、図４に示されるように、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（２１５）は、フロー制限物（２１３）を備える。それによって、そのフロー制限物は２つの濾過器ユニットの間に配置され、上流の渦巻き型濾過器ユニット（２０３）における圧力は増加せられことが可能になり、膜間圧力（ＴＭＰ）は低下せられことが可能になる。これは、渦巻き型濾過器アセンブリの透過物チャネルにフロー制限物を提供する比較的簡単な仕方である。そのようなアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）は、フロー制限物のない従来型の渦巻き型濾過器との組み合わせ、及び透過物チャネル内にフロー制限物をすでに有している渦巻き型濾過器との組み合わせの両方の場合に使用されうる。アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の中にフロー制限物を配置する他の利点は、通常は、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）は渦巻き型濾過器ユニットよりも長い寿命を有していることである。これにより、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）の中にフロー制限物を配置することは、経済的により魅力的である。好ましい実施態様において、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）は、弁、たとえば逆止弁又は好ましくは調節弁を備えている。弁は、６０から１２，０００リットル／時間の透過物流量において、弁にわたる圧力差が例えば０．０５から１０バールの間、好ましくは０．１と５バールの間、例えば１バールで開く２値制御（開又は閉）の弁として設計されてもよい。弁は、このようにその弁にわたる所定の圧力差で開く逆止弁を構成する。上記弁は、上記したように、たとえば制御ユニットと接続された調節弁でありうることは評価されるであろう。
【００４２】
もしフロー制限物が逆止弁として設計されるときは、その弁は、その弁を通過する流体フローの広範な流量にわたって、その弁にわたる実質的に同一の圧力差で開くことが望ましい。弁はこのように、流体フローの広範な流量にわたって、例えば６０から４，０００リットル／時間、好ましくは６０から８，０００リットル／時間、もっと好ましくは６０から１２，０００リットル／時間の流体フロー流量の大きな範囲において、弁にわたる実質的に同一の圧力低下を生み出す。逆止弁は、一般に、ポペット弁を内蔵するハウジング、弁座及び所定の力でポペット弁を弁座に対して押しつけるスプリングを備える。好ましい実施態様においては、逆止弁は、ポペット弁及び／又はハウジング及び／又は弁座が、逆止弁が全開されるときは、流体が流れうる断面は逆止弁の全軸長に沿ってほぼ一定であるような形状及び／又は大きさを有するように設計される。図５はさらに他の実施態様を示しており、そこでは２以上の濾過器ユニットが１つのハウジング中に設けられ、各濾過器ユニットは透過物出口を有している。図５は、第１と第２のアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（３１５，３１５’）によって分離された３つの渦巻き型濾過器ユニット（３０３，３０３’，３０３”）を備える渦巻き型濾過器アセンブリ（３０１）を示す。２つの下流の濾過器ユニット（３０３’，３０３”）は、アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（３１５’）を介して相互に接続された１つの透過物チャネル（３０５）であって、フロー制限物（３１３）を保持するもの、を有する。アンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（３１５’）は、たとえば図４に関して記載されたアンチ・テレスコーピング・デバイス（ＡＴＤ）（２１５）のように設計されてもよい。上流の渦巻き型濾過器ユニット（３０３）は、フロー制限物（３３３）を保持する別の独立した透過物チャネル（３２５）を有する。別の出口（３１２）及びフロー制限物（３３３）を渦巻き型濾過器ユニット（３０３）に備えることによって、フロー制限物は、たとえば濾過器スペースの外側に配置されることが可能であり、これにより、メンテナンス等のためにより接近し易い。さらに図５において示したシステムにおいては、濾過プロセスは、そのプロセス性能が単一のフロー制限物の性能に依存することがより少ないので、より強固（ロバスト）でありうる。
【００４３】
フロー制限物の目的は、濾過中にそのフロー制限物にわたる圧力差を維持することである。圧力差の大きさは、濾過システムの設計及び濾過条件に大きく依存する。一般的にはフロー制限物は、好ましくは６０から１２，０００リットル／時間の透過物流量において、０．０５から１０バールの間の、好ましくは０．１から５バールの間のフロー制限物にわたる圧力差を誘起するように設計される。
【００４４】
液体の膜濾過の方法において、供給物チャネルを透過物チャネルから分離する膜濾過器及び透過物出口を備える渦巻き型濾過器アセンブリが使用される。
【００４５】
圧力差は、供給物チャネルを通して供給フローパスに沿って供給フロー方向に液体を供給するために、膜濾過器の供給側に作り出される。膜濾過器にわたり、膜にわたる圧力は、それが透過物側よりも供給物側で高いように提供される。膜にわたる圧力は、膜濾過器を通して透過物側への液体の移動を誘起する。透過物は、透過物チャネルを介して透過物出口へ運ばれる。フロー制限物は、透過物チャネルの少なくとも一部分における圧力が増大せられ且つ膜濾過器に沿った最大圧力差が減少せられるように備えられる。
【００４６】
本発明に従う渦巻き型濾過器アセンブリが使用される好ましい方法において、好ましくは、装置はそのようなアセンブリを備えている。
【００４７】
好ましい濾過流体は、高い汚染傾向を有する流体、たとえば乳製品、食料品、果汁、ビールのような飲料、廃水、発酵もろみ液、バイオ技術及び製薬における流体である。
【００４８】
以上の記載から、請求項において記載したような本発明の枠組内で、上述した実施形態以外にも多くの変形が考えうることは、当業者には明らかであろう。たとえば渦巻き型濾過器ユニットをもつ複数の濾過器スペースを備えた渦巻き型濾過器アセンブリであって、供給物チャネル及び／又は透過物チャネルを介して相互に接続され、又は別の独立した供給物チャネル及び／又は透過物チャネルと接続されている。
【００４９】
しかし、他の修正、変形及び代替案も可能である。本明細書、図面及び実施態様は、したがって、制限的というよりはむしろ１つの説明的な意味において考えられるべきである。
【００５０】
請求項においては、括弧の間に置かれた如何なる参照用符号も、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。用語「備える」は、請求項において列挙されたもの以外の特徴又は工程の存在を排除するものではない。さらに、用語「１つ」は、「ただ１つ」と限定して解釈されるべきではなく、「少なくとも１つ」を意味するものとして使用され、したがって複数を排除しない。特定の手段・方法が相互に異なる請求項において記載されていることは、これら手段・方法の組み合わせが有利に使用されえないことを意味しない。
【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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【国際調査報告】
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