CN116997405B - 过滤装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种膜面附着物不易堆积从而过滤障碍得以抑制的过滤装置。过滤装置具备轴、外壳、多个中间配管以及多个中空纤维膜组件。中间配管与轴的第一流路连通。在与轴所延伸的第一方向正交的平面内，中间配管向远离轴的方向延伸。在与第一方向正交的平面内，中空纤维膜组件的延伸方向与中间配管的延伸方向交叉。在与第一方向正交的平面内，多个中空纤维膜组件分别配置于不重叠的位置。

Description

过滤装置

技术领域

本公开涉及一种过滤装置。

背景技术

专利文献1中记载了一种旋转式中空纤维膜组件单元。根据专利文献1的中空纤维膜组件单元，认为通过旋转，容易清洗、去除堆积于中空纤维膜的表面的膜面附着物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－5433号公报

发明内容

发明所要解决的问题

再者，在过滤装置中，还期望膜面附着物不易堆积，从而过滤障碍得以抑制。

本公开的目的在于提供一种膜面附着物不易堆积从而过滤障碍得以抑制的过滤装置。

用于解决问题的方案

本公开的一个方案的过滤装置具备：轴，具有第一流路，可旋转；外壳，具有作为内部空间的滤室，所述轴插入于所述滤室的内部；多个中间配管，与所述第一流路连通，在与所述轴所延伸的第一方向正交的平面内，所述多个中间配管分别远离所述轴；以及多个中空纤维膜组件，具备与所述中间配管连通的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜组件分别沿着与被连接的所述中间配管所延伸的方向交叉的方向延伸，在与所述第一方向正交的平面内，所述多个中空纤维膜组件分别配置于不重叠的位置。

发明效果

根据本公开，能提供一种膜面附着物不易堆积从而过滤障碍得以抑制的过滤装置。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式1的过滤装置的构成图。

图2是在实施方式1的轴所延伸的第一方向上进行观察来对中空纤维膜组件的配置进行说明的说明图。

图3是对实施方式1的中空纤维膜组件进行示意性说明的说明图。

图4是示意性地表示实施方式2的过滤装置的构成图。

图5是示意性地表示实施方式3的过滤装置的构成图。

图6是在实施方式3的轴所延伸的第一方向上进行观察来对中空纤维膜组件的配置进行说明的说明图。

图7是示意性地表示实施方式4的过滤装置的构成图。

图8是在实施方式4的轴所延伸的第一方向上进行观察来对划分壁进行说明的说明图。

图9是示意性地表示实施方式5的过滤装置的构成图。

图10是示意性地表示实施方式6的中空纤维膜组件的构成图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开进行详细说明。需要说明的是，本公开不受下述的具体实施方式(以下，称为实施方式)限定。此外，下述实施方式中的构成要素中包括本领域技术人员能容易假定的构成要素、实质相同的构成要素、所谓的同等范围的构成要素。而且，下述实施方式中所公开的构成要素可以适当地组合。

(实施方式1)

实施方式1的过滤装置1是对溶剂中分散有颗粒的浆料(悬浮液)进行浓缩的装置。浆料中所分散的提取对象颗粒例如为纳米颗粒等微粒、胶体微粒或微细生物质颗粒。溶剂例如为水。需要说明的是，过滤装置1的用途没有特别限定。过滤装置1例如既可以用于对浆料的提取，也可以用于对浆料的溶剂置换，还可以用于对浆料的清洗。浆料也被称为被处理液。

图1是示意性地表示实施方式1的过滤装置的构成图。图2是在实施方式1的轴所延伸的第一方向上进行观察来对中空纤维膜组件的配置进行说明的说明图。图3是对实施方式1的中空纤维膜组件进行示意性说明的说明图。

如图1所示，在实施方式1的过滤装置1中，过滤处理部4固定于支承壳体11。支承壳体11具备支承板12、马达固定部13以及轴支承部14。轴支承部14为圆筒状，固定于支承板12。在轴支承部14的内侧经由轴承19将轴31支承为可旋转。

马达固定部13固定马达21。马达21的输出轴22驱动驱动带23。驱动带23经由减速器24向轴31传递马达21的旋转。就是说，马达21经由减速器24与轴31连接。由马达21产生的转矩在通过减速器24而增大的基础上被传递至轴31。在本实施方式中，马达21、输出轴22、驱动带23以及减速器24成为使轴31旋转的驱动部。

过滤处理部4具有固定于支承板12的外壳40。如图1所示，外壳40在内部具有空间。外壳40的内部空间为滤室49。外壳40将轴31和过滤单元5容纳于内部。轴31插入于外壳40。外壳40在滤室49被密封的基础上固定于支承板12。实施方式1的过滤单元5具有多个中空纤维膜组件51，多个中空纤维膜组件51在沿着轴31的旋转轴Ax的第一方向上排列。

如图1所示，原液供给部74装配于外壳40。浆料的原液81贮存于容器71，经由原液供给部74被供给至滤室49。原液供给装置72设于原液供给部74的配管路径。原液供给装置72例如为泵，通过对原液供给部74的配管路径内进行加压来将浆料的原液81供给至滤室49。在原液供给部74的配管路径设有控制阀73，通过关闭控制阀73，能抑制浆料的原液81从滤室49内向容器71逆流。

如图1所示，排出部77装配于外壳40。排出部77将在滤室49中被浓缩的浆料的处理液83向外部的容器75排出。在排出部77的配管路径设有控制阀76，通过打开控制阀76，能排出从滤室49内向容器75的浆料的处理液83。也可以使泵也夹存于排出部77的配管来从滤室49排出浆料的处理液83。

如图1所示，滤液排出部33经由回转接头32与轴31内的第一流路35(参照图2)连通。滤液排出部33例如通过未图示的泵来将滤液82从第一流路35(参照图2)排出。

如图2所示，轴31配置于外壳40的内部。轴31能相对于外壳40例如向方向Rf旋转。轴31也能相对于外壳40向方向Rf的反方向旋转。轴31以旋转轴Ax为中心旋转。旋转轴Ax与水平方向平行。在图1中，纸面的左右方向为水平方向，在图2中，垂直于纸面的方向为水平方向。在以下的说明中，与旋转轴Ax平行的方向被记载为第一方向。与正交于旋转轴Ax的直线平行的方向被记载为径向。沿着以旋转轴Ax为中心的圆周的方向被简单记载为周向。

如图2所示，轴31在内部具备第一流路35。轴31为中空的筒构件。第一流路35沿着轴31的第一方向而形成，与滤室49隔开。如图2所示，在与第一方向正交的平面内，收纳于外壳40的内侧的最大的内周圆的中心Bx与轴31的旋转轴Ax错开。实施方式1的中空纤维膜组件51旋转而描绘出的轨迹的最大直径MC收纳于收纳在外壳40的内侧的最大的内周圆中。外壳40的内侧的形状也可以不是圆，例如也可以为矩形、多边形。

沿着轴31排列有七个实施方式1的过滤单元5。实施方式1的过滤单元5在相同的第一方向上的位置的周向上具备五个中空纤维膜组件51。中空纤维膜组件51经由中间配管52连接于轴31的第一流路35。

如图3所示，轴31具有内筒31A和外筒31B。第一流路35位于内筒31A的内侧，并且沿第一方向形成。第一流路35经由内筒31A的贯通孔36与形成于内筒31A与外筒31B之间的贮存部37连通。在中间配管52的内部具有第二流路521。第二流路521经由贮存部37和贯通孔36连接于第一流路35。通过使与第二流路相比体积大的贮存部37夹存于第一流路35与第二流路521之间，会抑制第一流路35的脉动。

如图3所示，中空纤维膜组件51具备多个中空纤维膜54。中空纤维膜5例如使用精密过滤膜(MF膜(Microfiltation Membrane：微孔过滤膜))。中空纤维膜54的材料使用聚偏氟乙烯等。在实施方式1中，中空纤维膜54的膜外侧表面为过滤面。因此，中空纤维膜54被称为外压型中空纤维膜。中空纤维膜54的一端连接于与中空纤维内部连通的滤液室55，中空纤维膜54的另一端被封闭部56封闭。中空纤维膜组件51经由装配部53连接于中间配管52。由此，滤液室55经由装配部53内的连接流路531与第二流路521连通。

一般而言，中空纤维膜54的每单位容积的过滤面积庞大，即使是紧凑的装置，也能进行浆料的原液81的大量处理。但是，需要抑制由中空纤维膜54的外表面的膜面附着物引起的过滤障碍(也称为积垢)。

为了抑制过滤障碍，实施方式1的过滤装置1使过滤单元5与轴31一同旋转。通过过滤单元5的旋转，容易去除堆积于中空纤维膜54的表面的膜面附着物。理想的是，过滤单元5的旋转速度被调整为中空纤维膜54的膜面附近的平均速度大概为2m/S来作为抑制积垢的效果提高的速度区域。

在此，对如专利文献1那样中空纤维膜组件51的长尺寸方向与第一方向平行的比较例进行说明。比较例的中空纤维膜组件51旋转而描绘出的轨迹为以中空纤维膜组件51的直径为最大宽度的细环状，中空纤维膜54的膜面附近的液体难以发生紊流。

与此相对，如图2所示，实施方式1的中空纤维膜组件51的长尺寸方向相对于径向倾斜。并且，在与第一方向正交的平面内，中空纤维膜组件51旋转而描绘出的轨迹为宽度比中空纤维膜组件51的直径大的环状。由此，在实施方式1的过滤装置1中，与比较例相比，中空纤维膜54的膜面附近的液体容易发生紊流，与比较例相比，抑制积垢的效果提高。

如以上说明的那样，实施方式1的过滤装置1具备轴31、外壳40、多个中间配管52以及多个中空纤维膜组件51。轴31具有第一流路35，能通过驱动部来旋转。在外壳40的内部空间具有滤室49。轴31插入于滤室49。中间配管52具有在滤室49内与第一流路35连通的第二流路521。在与轴31所延伸的第一方向正交的平面内，中间配管52向远离轴31的方向延伸。中空纤维膜组件51连接于中间配管52的侧面，在中空纤维膜组件51中，多个中空纤维膜54的内部空间与第二流路521连通。在与第一方向正交的平面内，中空纤维膜组件51的长尺寸方向与中间配管52的长尺寸方向交叉。并且，如图2所示，在与第一方向正交的平面内，多个中空纤维膜组件51分别配置于不重叠的位置。

当轴31以旋转轴Ax为中心旋转时，在中空纤维膜54的膜表面会产生浆料的剪切力和离心剥离力，膜面附着物不易堆积，从而过滤障碍得以抑制。

多个中间配管52分别从轴31呈辐射状地延伸，中空纤维膜组件51沿着与被连接的各中间配管52所延伸的方向正交的方向延伸。由此，能将多个中空纤维膜组件51以紧密的状态排列于与第一方向正交的平面。其结果是，能提高浆料中所分散的提取对象颗粒的提取效率。

如图2所示，在与第一方向正交的平面内，收纳于外壳40的内侧的最大的内周圆的中心Bx与轴31的旋转轴Ax错开。因此，当轴31以旋转轴Ax为中心旋转时，中空纤维膜组件51会搅拌滤室49内的浆料。实施方式1的中空纤维膜组件51旋转而描绘出的轨迹的最大直径MC与外壳40之间的空间的大小沿轴31的周向不同，因此随着实施方式1的中空纤维膜组件51旋转，在滤室49内会产生紊流。其结果是，即使在中空纤维膜54的膜表面有膜面附着物，膜面附着物也容易剥离。

需要说明的是，在实施方式1中，滤室49的内部压力被加压而大于第一流路35的内部压力。作为其他方案，也可以通过抽真空等来使第一流路35的内部压力成为负压，由此使滤室49的内部压力相对大于第一流路35的内部压力。

(实施方式2)

图4是示意性地表示实施方式2的过滤装置的构成图。实施方式2的中间配管与实施方式1不同是弯曲的。在实施方式2中，对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略说明。

实施方式2的过滤单元5在相同的第一方向上的位置的周向上具备两个中空纤维膜组件51。如图4所示，两个中间配管52分别向轴的180°相反侧延伸。若将中间配管52设为第一中间配管，则具有连接于第一中间配管52的第二中间配管57。第一中间配管的第二流路与第二中间配管57的第二流路连通，中空纤维膜组件51经由装配部53连接于第二中间配管57。其结果是，两个中空纤维膜组件51沿着相互平行的方向延伸。若将第一中间配管52和第二中间配管57视为一个中间配管，则中间配管是弯曲的。由此，中空纤维膜组件能沿着相互平行的方向延伸。也可以是，第一中间配管52和第二中间配管57一体形成，中间配管由弹性体等具有柔软性的材料形成。

在与第一方向正交的平面内，中空纤维膜组件51的长尺寸方向与中间配管52的长尺寸方向交叉。并且，如图2所示，在与第一方向正交的平面内，两个中空纤维膜组件51分别配置于不重叠的位置。并且，当轴31以旋转轴Ax为中心旋转时，在中空纤维膜54的膜表面会产生浆料的剪切力和离心剥离力，膜面附着物不易堆积，从而过滤障碍得以抑制。

(实施方式3)

图5是示意性地表示实施方式3的过滤装置的构成图。图6是在实施方式3的轴所延伸的第一方向上进行观察来对中空纤维膜组件的配置进行说明的说明图。图6是中空纤维膜组件的配置的图5所示的VI－VI向视剖视图。实施方式3的中空纤维膜组件与实施方式1不同，中空纤维膜组件的长尺寸方向相对于第一方向呈锐角倾斜。在实施方式3中，对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略说明。

如图5所示，实施方式3的过滤装置1具有第一组中空纤维膜组件51A、第二组中空纤维膜组件51B以及第三组中空纤维膜组件51C。第一组中空纤维膜组件51A、第二组中空纤维膜组件51B以及第三组中空纤维膜组件51C分别在周向上具备四个中空纤维膜组件51。

第一组中空纤维膜组件51A、第二组中空纤维膜组件51B以及第三组中空纤维膜组件51C沿着第一方向排列。第一组中空纤维膜组件51A连接于第一中间配管52A，该第一中间配管52A连接于第一方向上的轴31的第一位置。第二组中空纤维膜组件51B连接于第二中间配管52B，该第二中间配管52B连接于第一方向上的轴31的第二位置。第三组中空纤维膜组件51C连接于第三中间配管52C，该第三中间配管52C连接于第一方向上的轴31的第三位置。

如图6所示，第一组中空纤维膜组件51A配置于在周向上相邻的第二组中空纤维膜组件51B之间。从第一方向观察时，第一组中空纤维膜组件51A和第二组中空纤维膜组件51B交错配置。此外，虽然未图示，但第二组中空纤维膜组件51B配置于在周向上相邻的第三组中空纤维膜组件51C之间。从第一方向观察时，第二组中空纤维膜组件51B和第三组中空纤维膜组件51C交错配置。

由此，在与第一方向正交的平面内，第一组中空纤维膜组件51A、第二组中空纤维膜组件51B以及第三组中空纤维膜组件51C配置于不重叠的位置。由于能在周向上相邻的中空纤维膜组件51之间配置其他中空纤维膜组件51，因此能将多个中空纤维膜组件51以紧密的状态排列于滤室49内。

(实施方式4)

图7是示意性地表示实施方式4的过滤装置的构成图。图8是在实施方式4的轴所延伸的第一方向上进行观察来对划分壁进行说明的说明图。图8是划分壁60的图7所示的VIII－VIII向视剖视图。实施方式4的中空纤维膜组件与实施方式1不同，第一组中空纤维膜组件51A与第二组中空纤维膜组件51B的第一方向之间被划分壁60划分。在实施方式4中，对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略说明。

第一组中空纤维膜组件51A、第二组中空纤维膜组件51B、第三组中空纤维膜组件51C、第四组中空纤维膜组件51D、第五组中空纤维膜组件51E、第六组中空纤维膜组件51F以及第七组中空纤维膜组件51G沿着第一方向排列。

第一组中空纤维膜组件51A与第二组中空纤维膜组件51B的第一方向之间被划分壁60划分。同样地，划分壁60对在第一方向上相邻的中空纤维膜组件51的各组之间进行划分。

如图8所示，划分壁60被分割为两个划分板61。在划分板61贯通有装配于外壳40(参照图7)的销62，通过与销62相比直径大的挡圈64，划分板61无法从销62拔出。划分板61能绕销62转动。当两个划分板61被固定螺栓63固定时，该两个划分板61能堵塞将间隙SP除外的外壳40(参照图7)的与第一方向正交的平面。在两个划分板61的内侧缘611与轴31之间形成有间隙SP。如图7所示，划分壁60能将外壳40的内部的滤室划分为第一区域41至第八区域48这八个。

如图7所示，原液供给部74装配于与第一区域41对应的外壳40。排出部77装配于与第八区域48对应的外壳40。控制阀73被打开，浆料的原液81经由原液供给部74被连续供给至第一区域41。滤室的内部的第一方向上的处理液的移动被划分壁60抑制，因此处理液会分别在第一区域41至第八区域48滞留一定时间。滞留于第一区域41的浆料按被供给至第一区域41的浆料的原液81的量，通过间隙SP而向第二区域42移动。同样地，在第二区域42中对提取对象颗粒进行一定程度的浓缩而得到的浆料通过间隙SP而向第三区域43移动。例如，若设为浆料在第一区域41至第八区域48中分别被浓缩1％左右，则从第一区域41移动至第八区域48的浆料被浓缩8％。如此，浆料中的提取对象颗粒的浓度从第一区域41向第八区域48依次变高。

由此，会在第一区域41至第八区域48的浆料中产生提取对象颗粒的浓度梯度。因此，实施方式4的过滤装置1能从排出部77连续得到规定浓度的浆料的处理液83。

(实施方式5)

图9是示意性地表示实施方式5的过滤装置的构成图。实施方式5的中空纤维膜组件与实施方式4不同，中空纤维膜组件51的长尺寸方向相对于第一方向呈锐角倾斜。在实施方式4中，对与实施方式1、实施方式3以及实施方式4相同的构成标注相同的附图标记，并省略说明。

实施方式5的划分壁60根据中空纤维膜组件51的长尺寸方向与第一方向所成的角度而相对于第一方向呈锐角倾斜。实施方式5的过滤单元5的构造与实施方式3相同，因此省略详细的说明。

就实施方式5的过滤装置1而言，也会在第一区域41至第三区域43的浆料中产生提取对象颗粒的浓度梯度。因此，实施方式5的过滤装置1能从排出部77连续得到规定浓度的浆料的处理液83。

(实施方式6)

图10是示意性地表示实施方式6的中空纤维膜组件的构成图。实施方式6的中空纤维膜组件与实施方式1不同，中空纤维膜54的另一端未被封闭。在实施方式4中，对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略说明。

实施方式6的中空纤维膜54的一端和另一端连接于与中空纤维内部连通的滤液室55，所述中空纤维膜54在中间部分具有折回部58。

需要说明的是，上述实施方式是用于使本公开的理解变得容易的内容，并非用于以限定的方式解释本公开的内容。本公开可以在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，并且本公开还包括其等价物。

附图标记说明

1：过滤装置；

4：过滤处理部；

5：过滤单元；

11：支承壳体；

12：支承板；

13：马达固定部；

14：轴支承部；

19：轴承；

21：马达；

22：输出轴；

23：驱动带；

24：减速器；

31：轴；

32：回转接头；

33：液排出部；

35：第一流路；

40：外壳；

41～48：第一区域～第八区域；

49：滤室；

51、51A、51B、51C、51D、51E、51F、51G：中空纤维膜组件；

52：中间配管；

52A：第一中间配管；

52B：第二中间配管；

52C：第三中间配管；

53：装配部；

54：中空纤维膜；

55：液室；

56：封闭部；

57：第二中间配管；

58：折回部；

60：划分壁；

61：划分板；

62：销；

72：原液供给装置；

73、76：控制阀；

74：原液供给部；

71、75：容器；

77：排出部；

81：原液；

83：处理液；

521：第二流路；

531：连接流路；

Ax：旋转轴；

Bx：中心；

SP：间隙。

Claims (4)

1.一种过滤装置，具备：

轴，具有第一流路，可旋转；

外壳，具有作为内部空间的滤室，所述轴插入于所述滤室的内部；

多个中间配管，与所述第一流路连通，在与所述轴所延伸的第一方向正交的平面内，所述多个中间配管分别远离所述轴；以及

多个中空纤维膜组件，具备与所述中间配管连通的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜组件分别沿着与被连接的所述中间配管所延伸的方向交叉的方向延伸，

在与所述第一方向正交的平面内，所述多个中空纤维膜组件分别配置于不重叠的位置，

所述中空纤维膜组件所延伸的方向相对于所述第一方向呈锐角倾斜，

所述过滤装置具备：

第一组中空纤维膜组件，分别连接于多个第一中间配管，所述多个第一中间配管连接于所述第一方向上的第一位置的所述轴；以及

第二组中空纤维膜组件，分别连接于多个第二中间配管，所述多个第二中间配管连接于所述第一方向上的与所述第一位置不同的第二位置的所述轴，

从所述第一方向观察时，所述第一组中空纤维膜组件和所述第二组中空纤维膜组件交错配置。

2.一种过滤装置，具备：

轴，具有第一流路，可旋转；

外壳，具有作为内部空间的滤室，所述轴插入于所述滤室的内部；

多个中间配管，与所述第一流路连通，在与所述轴所延伸的第一方向正交的平面内，所述多个中间配管分别远离所述轴；以及

多个中空纤维膜组件，具备与所述中间配管连通的多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜组件分别沿着与被连接的所述中间配管所延伸的方向交叉的方向延伸，

在与所述第一方向正交的平面内，所述多个中空纤维膜组件分别配置于不重叠的位置，

所述过滤装置还具备划分壁，所述划分壁包围所述轴，抑制所述滤室的内部的所述第一方向上的处理液的移动，

所述过滤装置具备：

第一组中空纤维膜组件，分别连接于多个第一中间配管，所述多个第一中间配管连接于所述第一方向上的第一位置的所述轴；以及

第二组中空纤维膜组件，分别连接于多个第二中间配管，所述多个第二中间配管连接于所述第一方向上的与所述第一位置不同的第二位置的所述轴，

所述划分壁对所述第一组中空纤维膜组件与所述第二组中空纤维膜组件的所述第一方向之间进行划分，

在所述划分壁的内侧与所述轴之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的过滤装置，其中，

所述中空纤维膜组件所延伸的方向相对于所述第一方向呈锐角倾斜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤装置，其中，

在与所述第一方向正交的平面内，收纳于所述外壳的内侧的最大的内周圆的中心与所述轴的旋转轴错开。