JP4531091B2 - 円筒形ろ過カートリッジを保持する圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、液体処理方法のための複数の円筒形カートリッジを保持する圧力容器に関し、より詳細には、そのような円筒形カートリッジを装着及び取外すために完全なアクセスを提供する取り外し可能な末端閉鎖体を有するタイプの圧力容器に関する。さらに詳細には、本発明は、そのような圧力容器を含む装置及び液体供給を透過流と濃縮液すなわち非透過流に分離する交差流ろ過カートリッジを使用して液体を処理する方法に関する。

交差流ろ過法のような分離方法に役立つ１または多数の円筒形カートリッジを保持する円筒形圧力容器は、特許文献１ないし６を含むたくさんの米国特許に示されている。交差流ろ過は、供給液体の一部のみが半透膜を通り抜け、残りの液体は、該膜を横切って、多くの場合、軸方向に伸びるらせん状に配置される通路に沿って流れ、濃縮液としてろ過カートリッジの別の末端部から出る半透膜を使用する分離のタイプである。そのような円筒形カートリッジは、通常、逆浸透（ＲＯ）膜、ナノろ過（ＮＦ）膜、限外ろ過（ＵＦ）膜いろいろであり得る、多数の、らせん状に巻かれた、シート状膜を使用する。そのような装置においては、昔から、一方の圧力容器の末端部の近くに入口ポートすなわち供給ポートがあり、圧力容器からの少なくとも２つの出口ポート、すなわち、１つは、そのとき濃縮流となっている供給液体の残りの液体のために、１つは、透過流のために、他方の末端部に、出口ポートがあった。多くの場合、これらの出口ポートは、末端閉鎖体に配置されている。

このタイプの多数の円筒形カートリッジが単一の圧力容器内に含まれる場合、液体供給は、通常一方の末端部へ入り、全てのカートリッジを通ってらせん状に流れ、非透過流すなわち濃縮流として圧力容器の反対側の末端部で流出する。透過液は、カートリッジの中心多孔性透過チューブへ内側に向けてらせん状に流れる。そのような装置においては、各カートリッジは、各末端部において、開いたテレスコープ防止板（an anti-telescoping plate；ＡＴＰ）を有しており、接続装置のあるタイプは、隣接するカートリッジの透過チューブに相互に接続し、圧力容器の中心に共同の透過流通路を作り出すであろう。典型的な接続装置２２が特許文献２に示されている。圧力容器内で一列に並んでいるカートリッジ間の空間を節約するために、そのような連結器が設計され、透過チューブ内略全域に存在し、したがって、隣接するカートリッジのテレスコープ防止板間の距離を極力抑え得る。透過流は、圧力容器の一方の末端部または両末端部で出てもよい。

超大気圧にさらされる圧力容器の全てのそのような接続は、もちろん、漏れを防止するために適切なシールを含んでいる。特許文献３の４９に示されるように、Ｏリングによるシールが使用されるのが一般的であるが、特許文献５のアイテム１１７のような断面正方形のエラストマー・シールも使用されてきた。多くの場合、効果的なシール、例えば、山形のシールが、また、カートリッジの周囲と圧力容器の円筒壁内側との間に設けられる。

ここ３０年間、大規模な配列の圧力容器を使用することが経済的であることが見出されてきた。圧力容器各々は、多数の円筒形ろ過要素を保持している。その配列は、供給液体流れの全ろ過／分離の所望の比率を達成するのに必要な量の全膜表面積を提供するように大きさを調整されている。そのような配列の１つの例が特許文献７に示されている。該特許文献７には、各圧力容器がそこを通過する連続的な流れに対して配置されている複数のらせん状に巻かれた膜モジュールすなわちカートリッジを含むと共に、容器の複数のバンク（banks）を作り出すために、積み重ねられた配置で支持され、垂直に建てられた多数の群の平行な圧力容器が例示されている。これらの容器は、最初、酪農食品またはその他の食品の加工用に作られ、圧力容器及び付属品は、多くの場合、ステンレス鋼から作られた。特許文献７の図１及び２に示されるように、水平なバンクの圧力容器の各々は、所定の水平高さにある４つの圧力容器からなる各バンクが共通の多岐管からの供給を共有するように、多岐管に対して一つ一つ垂直に建てられている。１９８０年から１９９０年までの間、オスモニック社及びその他の製造業者は、配列の操作のために圧力容器を提供した。該圧力容器においては、複数対の側面入口ポートが一方の末端部の正反対の位置に設けられ、それを介して平行な容器各々が次の隣接する圧力容器に連結された。したがって、そのような配列においては、バンクの外側の容器への単一の供給導管の接続は、二次元的バンクの相互接続された容器の全てへの液体供給を提供した。

その後、この一般的なタイプの隣接する圧力容器とともに垂直積み重ねで連結するのに使用され得るいろいろな相互接続装置の構成を記載する特許文献８が発行された。略同時期に、オランダのＤＨＶウォーター社は、ろ過及び／または分離動作のための複数のそのような円筒形カートリッジを持つ圧力容器の異なる配置を使用するシステムを開発し、オプチフラックス（商標）の設計を記載する２００３年の文書を提示した。提案された設計は、カートリッジの直径に対して拡大された直径を有する圧力容器の両末端部から液体を供給し、中心の透過チューブと隣接するカートリッジの円筒形外側表面を相互接続する接続装置を利用する。円筒形のらせん状に巻かれた膜カートリッジのための典型的な相互接続装置が特許文献９に記載されている。結果として、例えば、６つのカートリッジを保有する圧力容器においては、ポンプで加圧された供給流は、各末端部に入り、３つのカートリッジを通って連続的に流れる。２つの濃縮流は、透過チューブのみを相互接続する特定の接続装置の中心で出会う。連結された円筒形カートリッジの外側表面と圧力容器の内壁との間の環状通路を作り出すいわゆる放射状の“スペース・ホルダ”が設けられる。濃縮流は、特定の中心接続装置においてこの環状通路に入り、続いて、該濃縮流は、圧力容器の両末端部から放出される。

米国特許第４，７１７，０３５号明細書 米国特許第４，５１７，０８５号明細書 米国特許第４，７８１，８３０号明細書 米国特許第５，８６６，００１号明細書 米国特許第５，７２０，４１１号明細書 米国特許第６，５５８，５４４号明細書 米国特許第３，８８０，７５５号明細書 米国特許第６，００７，７２３号明細書 米国特許第６，３０２，４４８号明細書

円筒形カートリッジを保有する２つの圧力容器及びろ過動作を実行する配列に関する上記した改善点が若干の見込みを示してきたけれども、円筒形ろ過カートリッジまたは要素、特にらせん状に巻かれた膜タイプのカートリッジまたは要素を利用するさらに有効な装置及び方法に対する探求が続けられてきた。

多数の円筒形分離カートリッジを保有する圧力容器の側壁の中央側面ポートを提供することにより、改善された処理方法及びそのような圧力容器の配列が作り出され得ることが見出されてきた。追加側面ポートが、各末端部の近くの圧力容器の側壁に設けられることが好ましい。装置は、圧力容器を軸方向に貫通して延在する円筒形通路内に、１またはそれ以上の円筒形ろ過または分離カートリッジが各末端部にある側面ポートと中央側面ポートとの間に位置するようになっている。各円筒形カートリッジの少なくとも一方の末端部を取り囲む環状シールは、カートリッジの外側と圧力容器の内側との間の液体流を遮断する。典型的ならせん状に巻かれた膜の交差流ろ過カートリッジにおいて、作り出される透過流は、中心透過チューブ内へ内側に向かってらせん状に流れる。また、該透過流は、その一方または両方の末端部において圧力容器から出るように手当てされている。そのような圧力容器の配列は、平面的な構造で互いに平行な少なくとも３つの圧力容器を用いて整えられている。また、これらの配列は、各容器毎に、一対の背中合わせに配置される中央側面ポート及び互いに隣接する容器の側面ポートをつなぐ相互接続装置を有する圧力容器を使用している。装置は、容器を直径に沿って貫通して延在し、そのような平面的な構造で隣接する容器の隣接する中央側面ポートの相互接続を容易にするための安定した構造の装置を提供する、圧力容器の中心に配置される横断管状構造を使用することが好ましい。

１つの特定の形態において、本発明は、溶存成分（dissolved components）及び／または懸濁成分（suspended components）を有する供給液体を処理し、透過流と濃縮流を作り出す装置を提供する。該装置は、（ａ）相対向する末端開口部間に延在する軸方向の通路を有する管状圧力容器、（ｂ）概ね円筒形のカートリッジの挿入及び取り外しを可能とするように前記容器の２つの前記末端開口部をシールする末端閉鎖体、（ｃ）前記容器の側壁を貫通し、前記圧力容器の軸方向の通路を前記容器の外部に接続する長軸方向中央側面ポート、（ｄ）前記中央側面ポートと前記末端閉鎖体各々との間の位置で前記軸方向の通路内に配置される少なくとも１つの概ね円筒形の分離カートリッジ、（ｅ）前記カートリッジ各々の周囲とそこを通って液体流に接触して前記軸方向の通路を画定する内面との間の領域をシールする環状シールを備えている。

１つの好ましい配列においては、互いに隣接して配置される平行な圧力容器の複数のそのような二次元的構成があるだろう。その場合、平行な圧力容器は、垂直及び水平両方の二次元的構成で整えられる。容器おのおのの末端部の近くに、追加側面ポートが中央側面ポートに対して９０°の角度に方向付けられていることが好ましい。これらの追加側面ポートは、また、正反対に配置される二つ一組で設けられることが好ましい。例えば、垂直の二次元的構成の中央側面ポートが互いに相互接続される一方、配列の水平の二次元的構成各々の末端側面ポートが、それぞれ互いに相互接続される。

１つの特定の好ましい装置においては、供給流は、加圧下で中央側面ポート内に供給され、この中央領域から、供給流は、１または複数のそのような円筒形カートリッジを通過し、圧力容器各々のそれぞれの末端領域に到達する別個の濃縮流を作り出しながら圧力容器の各末端部に向けて軸方向に流れる。そのような装置の多数の二次元的構成が利用される場合、垂直に整列された圧力容器は、垂直積み重ねられた圧力容器の１つ内への供給が結果として積み重ねられた圧力容器全てに供給することになるように相互接続された中央側面ポートを有する。同様に、濃縮流もまた、隣接する圧力容器の側面ポートを相互接続することにより、水平な二次元的構成各々の各末端部で貯留される。各円筒形カートリッジに作り出される透過流は、その中心透過チューブ内を相互接続された中心チューブの１つへと流れる。カートリッジからの一体となった透過流れは、圧力容器のどちらか一方または両方の末端部を通って取り出される。その場合、そのような透過流は、通常末端閉鎖体に形成されている開口部を出る。

別の特定の形態においては、発明は、透過流及び濃縮流を作り出すべく交差流ろ過を使って溶存成分及び／または懸濁成分を有する供給液体を処理する方法を提供する。該方法は、
ａ．そのような液体の流れを、中央側面ポート入り口を通り、対向する末端開口部を持つそこを通る軸方向の通路を有する管状圧力容器内に供給するステップ、
ｂ．前記流入流れを、通路の軸方向反対側に流れる２つの副次流（substreams）に分割するステップ、
ｃ．前記副次流を、軸方向の通路に配置される少なくとも１つの概ね円筒形の分離カートリッジの近くの末端部に導くステップ、
ｄ．前記容器の各末端部に隣接する位置でカートリッジから出る分離した濃縮流を取り出すステップ、
を備えている。

図１は、概略管状シェルすなわちハウジング１３を含む圧力容器１１を示す。管状シェル１３は、入口末端部及び出口末端部において２つの僅かに拡大された領域すなわち座ぐり領域１７を除いてその全長にわたって実質的に一定の円形断面の軸方向内腔１５を含んでいる。座ぐりは、任意に設けられる。圧力容器の両末端部は、同一の構造を持つことが好ましい。しかしながら、理由のいかんにかかわらず必要に応じて、この技術分野でよく知られているように、異なる末端閉鎖体が使用され得る。管状シェル１３は、３つの位置において壁の厚さが大きく、厚くされている領域１９ａ、１９ｂ及び１９ｃを作り出している。該領域は、管状ハウジングの各末端部及び中央領域にそれぞれ配置されている。示されている実施態様においては、中央側面ポート２１が中央の厚くされている領域１９ｂに設けられ、側面ポート２３は、末端部の厚くされている領域１９ａ及び１９ｃの各々に設けられている。好ましい実施態様はそのようなものであるけれども、特定の据え付けに対しては必要に応じて、この技術分野でよく知られているように、ポートが側面ポート２３に代えて取外し可能な末端閉鎖体それぞれに設けられてもよいことが理解されるべきである。透過流の出口開口２４は、圧力容器の軸方向各末端部において、取り外し可能な末端閉鎖体に設けられることが好ましい。あるいは、必要に応じて、全ての透過流が要望通りにどちらか一方の末端部から取り出され得るように、２つの中央ろ過カートリッジの対向する末端部の間に管状接続が設けられてもよい。

管状シェル１３は、圧力容器１１が動作中にさらされるであろう超大気圧に耐える強度及び安定性を有する適切な材料であればいかなる材料から作られてもよい。ステンレス鋼またはその他の耐蝕性合金が使用され得るけれども、今日このタイプの圧力容器にとって最も評判がよい構造は、ポリマー樹脂材料、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂またはガラス繊維強化ウレタン樹脂からなる構造である。例えば、各々が約４０インチの単体長さを有する６つのらせん状に巻かれたカートリッジを収容するために、各末端部において各々約１０インチの長さである厚くされたまたは釣鐘状の末端部分１７を含んで、全長約２７０インチの圧力容器が使用されるだろう。

説明のために、６つの円筒形カートリッジ２５が図１に示されている。該カートリッジ２５は、細長い管状シェル１３内で各３つのカートリッジを持つ２つの組として、末端部と末端部とを接した配置で適切に相互接続されている。しかしながら、カートリッジ２５の数を変更して使用され得ること、それに応じて圧力容器の長さが調整され得ることが理解されるべきである。一列になっている２つのカートリッジの部分が図３に示されている。各カートリッジ２５は、この技術分野ではよく知られているように、シート状の半透過膜と流路を備えるシート材料のサンドイッチがその周りにらせん状に巻かれている中心透過チューブ２７を有する。各末端部において、四輪車などの車輪のデザインを有するテレスコープ防止板（ＡＴＰ）２９が取り付けられている。また、らせん状に巻かれたアセンブリ内での潜在的な軸方向の包装（wrapping）のずれを無くすためにこの技術分野における標準は、そのようなものである。円筒形カートリッジ２５は、圧力容器の内腔１５内に密接して収容されるような直径を有する。また、各カートリッジの少なくとも上流の末端部は、ＡＴＰの外周を取り囲む山形のまたはその他の適切なシール３１を含んでいる。該シール３１は、ＡＴＰの周囲の溝内に設置され得る。シール３１は、供給流全体がらせん状に巻かれたカートリッジの軸方向に延びる通路を通って導かれ、カートリッジの外面を巡って迂回することがないことを保証し得る。中心透過チューブ２７は、その長さの大部分に沿って多孔質であり、この技術分野ではよく知られているように、中空の透過チューブ２７に入るために、透過流が半透過膜の覆い内を内側に向かってらせん状に流れることを可能とする複数の孔を含んでいる。隣接するカートリッジ２５は、各組のカートリッジの透過チューブ２７全てが透過流出口アダプタすなわち継手３３に直結する単一の透過通路に連結されるように、標準的な連結装置を介して相互接続されている。継手３３は、圧力容器１１の取り外し可能な末端閉鎖体の中心開口２５を通って延びている。

この分野でよく知られているタイプの圧力容器にとっては、どのような適切な末端閉鎖体が使用されてもよい。例えば、上記特許文献３及び４に示されるような末端閉鎖体が使用されてもよい。該末端閉鎖体は、円筒形カートリッジ２５がどちらか一方の末端部から挿入され取り除かれることができるように軸方向通路１５への完全なアクセスを提供するために設計されている。挿入及び取り外しの作業は、類似する従来の圧力容器において６つ全てを挿入するのとは対照的に、３つのカートリッジのみが各末端部から挿入されるので容易である。基本的には、示される取り外し可能な末端閉鎖体は、内側シール板３７（図３）を含んでいる。該シール板３７は、ＰＶＣのような熱可塑性樹脂材料から作られ得る。また、該シール板３７は、外側金属性軸受板３９の内面と並行に配置される。該シール板３７は、出口側継手３３がシール板を貫通する場合接合部をシールする内側環状シール４１、及びシール板が圧力容器の内腔１５の内面に接近するか、あるいは山形のシールであり得る周辺環状シール４３（図３）を持っている。この技術分野で知られているように、外側軸受板３９は、圧力容器の座ぐり領域１７に収容される若干大きい直径を有する外周領域を有している。したがって、該軸受板３９は、管状シェル１３の管状肩部に抗して嵌まり込む。一旦適所に嵌まり込むと、軸受板３９は、この技術分野ではよく知られているように、圧力容器１７の厚くされた末端部の内面に、スナップ・リングの半径方向の幅の約１／２に等しい深さまで切り込まれた環状溝内に嵌まり込むスナップ・リング４５または（米国意匠特許第４６８，３９２号明細書に示されるような）らせん状リングにより所定位置に固定される。透過流出口側継手３３を並行に配置されるシール板３７及び軸受板３９に対して動かないように留めるために、小さな直径のスナップ・リング（不図示）が、また、使用され得る。

圧力容器自体内には、好ましい実施態様において、２つの真ん中の円筒形カートリッジ２５の入口末端部がそれに当接して収まる停止体として役立つ、中央領域に配置される中央管状スペーサ４９（図４）がある。スペーサ５１が、また、圧力容器の２つの末端領域に設けられる。該スペーサ５１は、濃縮流が集まり、側面ポート２３へ流れる各末端部において、短いプレナム・チャンバ（short plenum chambers）を作り出す。好ましい実施態様においては、スペーサ５１は、概略円錐台形をなしており、図３に最もよく示されるように、プレナム・チャンバの内部と側面ポート２３に隣接する外部領域との間それを通って半径方向に液体の通過を許容する複数の開口を含んでいる。各スペーサ５１は、末端閉鎖体のシール板３７の表面と圧力容器の最も外側にある円筒形カートリッジ２５との間に延在する。出口継手３３は、プレナム・チャンバの中心部を占める。該出口継手３３は、末端閉鎖板３９の中心開口２５を貫通して延びている差し込み口部分５３を有し、円筒形カートリッジの透過チューブ２７内に受け入れられる管状形状及び比率を持つ内側末端部分５５を有する。該末端部分は、透過チューブ２７との接続部をシールするために、１またはそれ以上のＯリングのような適切なシールを持っている。

側面ポート２３は、圧力容器壁の末端部に近い拡張された側壁部分１９ａ及び１９ｃに開けられたまたは形成された開口に嵌め込まれる従来の継手により簡単に提供される。側面ポート各々は、単に、Ｏリングが都合よく設けられている圧力容器側壁の内面の座ぐりにぴったりと合うその内側末端部の近くに短い放射状のフランジが形成された短いチューブ部分であってもよい。拡張された圧力容器の領域１９ｃの外面の位置において、継手の外壁の溝は、所定の場所に継手を固定するスナップ・リング５９を受け入れる。スナップ・リング５９の上であって短い管状部分の外側末端部の近くに幅広い溝６１が設けられ、この技術分野でよく知られているように、周囲連結機構またはその他の接続装置を提供する。

同様の側面ポート継手が拡張されている領域１９ｂの圧力容器の中心に設けられ得る。概略的な図１Ａ及び図２の最上位の容器に示されるように、単一の側面ポート２１のみが圧力容器に所望される場合にそのような継手が使用され得る。しかしながら、一対の正反対に配置される出口２１が圧力容器１１の中心に所望される場合、出口２１は、この地点での圧力容器の外形より若干大きい長さの管６３の形をとる管状構造を用いることで構成されることが好ましい。管は、圧力容器を完全に貫通して延在し、圧力容器の拡張された側壁部分１９ｂ及び中央スペーサ４９を貫通して直径に沿って開けられたまたは形成された穴に嵌め込まれる。管状構造６３を所定位置に固定するために、一対の細い溝がこれまでのようにスナップ・リング５９を受け入れる。また一対の隣接する幅広い溝６１は、外部連結具または接続具の溝への結合を容易にする。適切なシール（不図示）が管状構造６３の外面と圧力容器の側壁を貫通する開口の内面との間に設けられる。概略矩形状であることが好ましい一対の大きな開口６５が管状構造６３の側壁の全く正反対の位置に設けられる。該一対の開口６５は、管状構造６３の内部と圧力容器の軸方向内腔との間の液体連通を２つの方向に提供する。圧力容器を貫通して直径に沿って延在する管状構造の強度及び結合度は、図２に示されるように、例えば、そのような圧力容器の垂直な積み重ねに対してあるいは類似の水平な二次元的構成に対して、剛性及び信頼性を与える。そのような配列において、圧力容器は、互いに平行な関係で支持され、隣接する容器の中央側面ポートを画定する管状構造６３の隣接する末端部が互いに当接または略当接するように配置される。次に、隣接する末端部は、それらの間の液体接続をシールする周囲管状締め付け具またはその他の連結具で互いに相互接続される。

図２の説明が省略されたけれども、単一の供給流が垂直バンクすなわち積み重ね状態にある６つ全ての圧力容器１１へ、処理される供給液体を供給するために垂直にされることを必要とする装置が示されている。６つの圧力容器の管状構造６３間の相互接続は、入ってくる単一の供給流が６つの圧力容器全てに分配されるようになっている。結果として、
供給流の一部は、各圧力容器内に分割し、軸方向内腔へ接近できるようにしている矩形状開口６５を通って、それぞれの圧力容器の軸方向各末端部に向かって流れる。示されてはいないけれども、管状ハウジング１３の両末端部にある拡張された領域１９ａ及び１９ｃの濃縮流出口もまた（図３に示されるように）全く正反対の位置に設けられ、管状構造６３間の相互接続と略同様に、垂直な積み重ねの各末端部における濃縮流の連結を可能とする。あるいは、側面ポート２３が図３に示される位置に対して９０°に方向付けられる。図７は、そのような装置を示す。この場合、濃縮流は、一方または両方の水平方向に各末端部から出る。これらの構成いずれにおいても、側面ポートが全く正反対の位置に対をなすように設けられている場合であって特定の垂直にされた装置の側面ポートの一方が使用されないことが決められている場合、簡単なキャップ７３が連結具の代わりに使用され、使用されないポートをシールする（図８参照）。

圧力容器の１つの好ましい使用としては、図１に概略的に示される単一装置がある。この装置において、単一の供給口２１が採用され、圧力容器のハウジング１３の中心に処理されるべき液体供給を送り出す。そのために、液体は、端から端までの関係で連続的に配置される３つの円筒状カートリッジ２５からなる２つの組を通って軸方向反対に流れる。山形のシール３１または類似のものが中央に面する各カートリッジ２５の末端部に設けられる。しかしながら、環状シールが各カートリッジの各末端部に設けられることが好ましい。透過流は、矢印によって示されるように、その両末端部の末端閉鎖体の開口を通って圧力容器を出る。濃縮流は、単一の側面ポート２３を通って各末端部において垂直上方向に出る。これは目下のところ好ましい装置であるけれども、特定の用途に対して必要ならば、供給は、各末端部に隣接する側面ポート２３を通って圧力容器内に加圧されて供給され得る。この時、濃縮流は、中央側面ポート２１を通って圧力容器を出るだろう。透過流は、もとのままである。各円筒形カートリッジ２５の高圧末端部及び低圧末端部において、異なるシールが使用される場合、該シールは、図１Ａに示される好ましい装置に使用されるシールと逆にする。

上述したように、図２は、６つの平行な圧力容器１１がそこを通って供給液体が加圧されて供給される中央供給用側面ポート２１において連続的に互いに相互接続されている二次元的構成を示す。そのような構成は、垂直の方向を有しているが、代わりに水平に方向付けられていてもよい。管状スペーサ４９内に作り出されている中央室から軸方向各末端部において連続的に配置されている円筒形カートリッジの組からの透過流は、短い矢印によって示されるように、それぞれの末端閉鎖体を通って出るのが都合がよい。通常、そのような二次元的配列の各末端部にあるこれらの６つの透過流出口は、ヘッダ（不図示）とともに垂直にされるだろう。先に述べたように、濃縮流出口は、図１に示されるように配置され、また、互いに相互接続され得る。その結果、積み重ねの各末端部において、濃縮流は、要望通りに、最も上または最も下の圧力容器を経由して取り出される。あるいは、これも先に述べたように、濃縮流は、容器の各末端部から水平方向に取り出され得る。また、そのような装置は、図８に示されるよう器の別の配列に関して以下に説明される。

図１に示される構造を有する圧力容器１１の端面図が図５に示される。図５は、容器の末端閉鎖体の上下に垂直列に配置される濃縮流排出用側面ポート２３とともに、末端閉鎖板３９から出てくる透過流出口５３を示す。図６に示される断面図は、概ね円錐台形のスペーサ５１により与えられる末端プレナム・チャンバを示す。また、図６は、このスペーサの側壁の細長い涙の形をした開口を示す。これらの開口は、側面ポート２３への入口が配置される圧力容器の各末端部において、らせん状に巻かれた膜カートリッジの軸方向末端部とチャンバの環状の外側領域との間の液体連通のための通路を提供する。

図７は、図５と同様に別の圧力容器１１’の端面図である。図７においては、中央側面ポート２１は、図１に示されるように垂直に整列されている。しかし、側面ポート２３’は、互いに正反対に配置され、水平な横軸に沿って方向付けられている。この構成は、図８に示されるような垂直及び水平両方のバンクに配置される平行な圧力容器の配列が酌み付けられることを容易にする。もちろん、所望の速度で毎日の生成を実行することが望ましいと思われる分離膜の表面積の量に応じてさらに大規模の配列が使用され得ることが理解されるべきである。

例示された装置においては、１２の圧力容器１１’が、各３つの容器を垂直に積み重ねて４列に配置されている。隣接する中央側面ポート２１は、適切な連結具７１により相互に接続されている。同様の連結具７１が、圧力容器の３つの水平なバンクにおいて、容器のそれぞれの末端部で隣接する容器の側面ポート２３’を相互に接続するために使用されている。各積み重ねにおける最も上の圧力容器の最上部にある中央側面ポート２１は、適切なキャップ７３で閉じられている。製造効率を求めて、各末端部において正反対に配置される一対の側面ポート２３’とともに全ての圧力容器１１’を製造することが所望であるならば、そのような出口から濃縮流を取り出すことを望まない場合、同様のキャップ７３が、最も外側の垂直な積み重ねの一方の圧力容器のこれらの出口いずれをも閉じるように使用され得る。配列は、下に横たわる管状ヘッダ７５から供給されるように示されている。結果として、上昇する供給流が、同様の連結具を使用して各垂直な積み重ねの最も下にある圧力容器の中央側面ポートに各々接続されている短い入口パイプ７７から各垂直な積み重ねの圧力容器に供給される。

図８に示されている配列において、１２の圧力容器１１’には、４本の立ち上がる液柱により、供給液が各々の中央領域に供給されている。これらの４本の立ち上がる液体流れの柱は、各中央室に分割し、一部の流れは、各大きな軸方向の開口６５を通って誘導され、２４の水平方向に流れる供給液の副次流を作り出す。副次流各々は、各圧力容器の各軸方向反対側に位置している３つの連続的に配置されるカートリッジからなる各組の最も内側のカートリッジ２５に入り、続いて次の２つのカートリッジを通って連続的に流れる。３つのカートリッジからなる各組からの集合した透過流は、各圧力容器末端部にある中心差込口５３から流出することが好ましい。この場合、差込口は、適切に多岐管で集配されるだろう。１２の圧力容器各々の末端部の近くの位置から少なくとも２つの濃縮流が出ることにより、２４の濃縮流がまた作り出される。示される配置においては、圧力容器内のこれらの２４の濃縮流は、集約され、図８の右側の積み重ねの３つの圧力容器の各末端部にある右側の側面ポートから出る６つの集合した水平濃縮出口流を提供する。

そのような配列の使用がそのようなたくさんの動作上の利点を有することが理解され得る。比較的流路の長さが短い、例えば、供給液体の加圧駆動流は、６つを流れるよりはむしろ３つの連続的に整列されたカートリッジを通ってのみ流れればよいためによりよい膜性能が得られる。３つの横並びになっている最後のカートリッジが低い溶質濃度を有する供給流を受け入れるために、そのような分離動作に対する回復の可能性は、６つの連続的に整列されるカートリッジの横並びになっている最後のカートリッジが受け入れる
より高い。これらのより短い流路は、結果として付着物がより少ない状態を招くこと、化学物質を浄化する量が少なくて済むことが、また、期待される。短い透過通路は、また、より大きな直径を有して製造され、それで、カートリッジ当たりより大量の膜表面積を収容し得る次世代の分離膜カートリッジを取り扱う可能性を容易にするだろう。設計は、所望の動作のために標準の圧力降下以上に適合させる必要なしに、作成及び（例えば、各圧力容器に４０インチのカートリッジを８または１０個標準で、４また５個からなる２組として収容し得る）さらに長い圧力容器の使用を容易にする。さらに、昔から小さな圧力容器が使用された場合の動作を比較すると、改良された設計の単一の圧力容器は、２つのより小さな圧力容器の機能を満足させ、したがって、必要とされるヘッド及び末端閉鎖体の数を減少させる。さらに、例えば、６または７つの圧力容器の積み重ねが採用されると、配列の設置面積がより小さくなり、供給及び／または濃縮流配管が簡単化された結果としてシステムの主要コストを低下させる。

現時点で発明者にとって知られている本発明を実行するベスト・モードを構成する特定の好ましい実施態様に関して本発明が説明されてきたけれども、当業者にとって明白であるいろいろな変更や改良が、添付されるクレームにより画定される本発明の精神から離脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。本発明は４またはそれ以上のカートリッジを保有する圧力容器において最も有利に使用されることが期待されるけれども、単一のカートリッジのみが圧力容器の中央の両側に配置される場合に本発明が有利に使用されうることも理解されるだろう。本明細書で引用した米国特許の開示は、引用により本明細書に明確に組み込まれている。本発明の特徴は、以下に示すクレームで強調される。

本発明の種々の特徴を具現化している装置を示す多数の円筒形ろ過カートリッジを保有する圧力容器の概略断面図である。 図１の圧力容器を使用する１つの方法を示す概略図である。 図１に示されるタイプの圧力容器が使用され得る１つの平面的配列を示している概略図である。 図１に示される圧力容器の右側末端部分の拡大された部分的斜視断面図である。 図１に示される圧力容器の中央領域の拡大された部分的斜視断面図である。 図１に示される圧力容器の端面図である。 図５の線６−６に沿ってとられた部分的断面図である。 図１に示される圧力容器と同様の圧力容器の別の実施態様の端面図である。 複数の水平及び垂直に整列された圧力容器のバンク状に整えられた図７に示されるタイプの平行な圧力容器の配列を示す概略図である。

Claims (10)

1. 溶存成分及び／または懸濁成分を有する供給液体を処理し、透過流及び濃縮流を作り出す装置であって、該装置は、
   対向する末端開口部の間に延在する軸方向の通路（１５）を有する管状ハウジング（１３）を含む管状圧力容器（１１）、
   概ね円筒形の交差流ろ過カートリッジ（２５）の挿入及び取り出しを許容するように前記容器の２つの前記末端開口部をシールする末端閉鎖体（３７、３９）、
   前記圧力容器の概略長手方向中央に配置される、一対の正反対に配置された中央側面ポート（２１）、
   中央側面ポートと前記末端閉鎖体各々との間の位置にある前記軸方向の通路に配置される複数の概ね円筒形の交差流ろ過カートリッジ（２５）、及び
   前記カートリッジ各々の周囲と前記軸方向の通路を画定する内面との間で液体流に対してシールする環状シール（３１）、
   を備え、
   前記中央側面ポートは、前記管状容器の軸に直角に前記圧力容器を横切って延在し、前記容器の側壁を貫通する管状構造（６３）により提供され、該管状構造は、前記正反対の中央側面ポートを提供する正反対に配置される端部を有し、前記中央側面ポートと２つの軸方向末端部のポートとの間の前記圧力容器の軸方向の通路内の液体流に対して開いているその中央領域の開口を有し、
   中央側面ポートを画定する前記管状構造の端部は、隣接する圧力容器の中央側面ポートを画定する管状構造の端部に相互に接続可能であり、安定した構造配列を作り出すことを特徴とする装置。
2. 一対の追加側面ポートが前記圧力容器の側壁に設けられており、１つの追加側面ポートは、前記環状シールの１つにより前記中央側面ポートから分離された位置にある各軸方向末端部の近傍に位置しており、それにより、前記中央側面ポートと前記追加側面ポートの一方とのあいだの前記容器を通って流れる液体は、少なくとも１つの前記カートリッジを通過し、前記末端閉鎖体の少なくとも１つは、そこに形成されている透過流出口ポート（５３）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記管状構造は、その側壁に、対向している２つの開口（６５）を含むとともに、該開口は前記容器の各軸方向末端部に向って面していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 二次元的構成で整列された少なくとも３つの圧力容器を有する概ね平行な管状圧力容器（１１）の配列を含み、前記二次元的構成の少なくとも中央の圧力容器は、そこに形成される前記正反対に配置された一対の中央側面ポートを有し、側面ポートは、一直線方向に隣接する平行な圧力容器の前記中央側面ポートにそれぞれ相互接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 隣接する圧力容器の前記中央側面ポートを互いに流体連通状態に連結する相互接続具が設けられ、該相互接続具は、前記中央側面ポートの隣接する末端部を取り囲む管状締め付け具であり、末端部を連結し、それらの間に液体シールを提供することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記配列は、それぞれ水平にも整列される前記容器を有する垂直に配置された少なくとも３つの圧力容器の複数のそのような二次元的構成を含み、前記配列内のそれぞれの垂直な構成各々の前記容器の隣接する中央側面ポートは、互いに流体連通状態に接属され、追加側面ポート（２３’）が、前記圧力容器各々の各それぞれの末端部にある側壁に設けられ、前記中央側面ポートに対して９０度の角度で整列され、前記配列の圧力容器の隣接する追加側面ポートは、それと水平に整列された少なくとも１つの圧力容器の別の側面と流体連通状態に相互接続されていることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
7. 前記垂直な構成各々の前記中央側面ポートの一方は、処理される供給液体を供給する手段に接続され、前記カートリッジは、らせん状に巻かれている膜を含み、前記カートリッジを通る供給液体の通過に起因する濃縮流は、前記容器のそれぞれの末端部にある前記相互接続された追加側面ポートを通って出ることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 管状構造（６３）は、圧力容器ハウジングの拡張された厚さの側壁部分（１９ｂ）を直径方向に貫通して形成されている円形通路に嵌め込まれ、中央管状スペーサ（４９）が圧力容器内の中央領域に配置されるとともに、管状構造（６３）は、スペーサを貫通して形成される穴に嵌め込まれ、２つの真ん中のカートリッジがスペーサに対して着座することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の装置を用い、交差流ろ過を使用して溶存成分及び／または懸濁成分を有する供給液体を処理し、透過流及び濃縮流を作り出す方法であって、
   ａ．そのような液体の流れを、中央側面ポート入口を通り、対向する末端開口部を持つそこを通る軸方向の通路を有する管状圧力容器内に供給するステップ、
   ｂ．前記入口の流入流を、通路の軸方向反対側に流れる２つの副次流に分割するステップ、
   ｃ．前記副次流を、軸方向の通路に配置される少なくとも１つの概ね円筒形の分離カートリッジの近くの末端部に導くステップ、
   ｄ．前記容器の各末端部に隣接する位置でカートリッジから出る分離した濃縮流を取り出すステップ、
   を備えていることを特徴とする方法。
10. 前記供給流は、二次元的な構成に整列され、前記流れが１つの容器に入り、別の容器の相互接続された中央側面ポートを通って流れ、二次元的構成の別の２つの容器にも供給するように相互接続された、少なくとも３つの平行な圧力容器を有するそのような管状圧力容器の配列に加圧下で供給され、前記容器それぞれの副次流は、圧力容器の連続した配列に配置された複数の概ね円筒形のカートリッジを通って導かれ、各圧力容器それぞれの各末端部における前記濃縮流は、水平方向に出、同じ水平レベルで少なくとも１つの隣接する容器からの濃縮流と結合された流れを形成することを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の装置を用いる請求項９に記載の方法。

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