JP2001205010A - 積層フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生率が高く、コンパクトでしかも製造が容
易な積層フィルターの提供を目的とする。 【解決手段】 懸濁物の粒子径よりも大きな孔径の貫通
孔６が厚み方向に孔軸を向けて複数形成されるととも
に、内周端部と外周端部にそれぞれ切欠き５−１，５−
２が形成されたリング状の濾過体１が複数枚積層され、
内周積層面と外周積層面の一方側に被処理液の流入部を
及び他方側に被処理液の流出部をそれぞれ設け、濾過体
１は、それぞれの内周端部が第１の相似形状及び外周端
部が第２の相似形状を有し、かつ中心を揃えるとともに
周方向の積層角度を一致させて積層され、内周積層面と
外周積層面には切欠き５−１，５−２のほかに貫通孔６
を一部露出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング状の平面形
状を持つ濾過体を複数枚積層した水やその他の流体浄化
用の積層フィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平板状の濾過体を複数枚積層することで
積層フィルターを構成し、濾過体の積層方向に対して垂
直方向から被処理液を導入して濾過する濾過装置が従来
から利用されている。このような積層フィルターとして
は、たとえば特開平１０−５２６０８号公報等に記載さ
れたものがある。そして、この公報に開示されているよ
うに、濾過体としては多孔性濾過材のような微細な孔を
有したものが一般的に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら平板状濾過体として用いられる多孔性濾過材は、微細
な孔や窪みが懸濁物よりも小さく、懸濁物はこの孔や窪
み中に水流によって押し込まれて圧縮状態で捕捉され
る。よって、多孔性濾過材から成る濾過体は目詰まりを
起こしやすい。目詰まった場合では、水流やその他の物
理的手段によるものでは再生率が低く、化学薬品を用い
るか濾過体を交換するしかない。

【０００４】また、積層フィルターを小型化するために
は、濾過面積や通路及び被処理液の流入孔と流出孔を増
やす必要がある。このように流入孔と流出孔を増やすに
は、各濾過体を薄くして積層方向に対して同じ高さで多
くの濾過体を積層することが有効である。しかしなが
ら、多孔性濾過材は厚みが薄い場合や孔を支える中実部
が細い場合には、濾過体が脆くなって強度不足を招く。
更に、多孔性の濾過材は、微細孔や窪みの孔径を制御し
て管理することは非常に難しく、製造方法も複雑で煩雑
になりやすい。

【０００５】このように、多孔性濾過材を濾過体として
用いる従来の積層フィルターでは、目詰まり処理の再生
率が低く製造面での障害も大きいという問題がある。

【０００６】本発明は、再生率が高く、コンパクトでし
かも製造が容易な流体浄化用の積層フィルターを提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、懸濁物の粒子
径よりも大きな孔径の貫通孔が厚み方向に孔軸を向けて
複数形成されるとともに、内周端部と外周端部にそれぞ
れ切欠きが形成されたリング状の濾過体が複数枚積層さ
れ、内周積層面と外周積層面の一方側に被処理液の流入
部が及び他方側に被処理液の流出部がそれぞれ設けられ
た積層フィルターであって、前記濾過体は、それぞれの
前記内周端部が第１の相似形状及び前記外周端部が第２
の相似形状を有し、かつ中心を揃えるとともに周方向の
積層角度を一致させて積層され、前記内周積層面と前記
外周積層面には前記切欠きのほかに前記貫通孔が一部露
出していることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、再生率が高く、コンパク
トでしかも製造が容易な流体浄化用の積層フィルターを
得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、懸濁物
の粒子径よりも大きな孔径の貫通孔が厚み方向に孔軸を
向けて複数形成されるとともに、内周端部と外周端部に
それぞれ切欠きが形成されたリング状の濾過体が複数枚
積層され、内周積層面と外周積層面の一方側に被処理液
の流入部が及び他方側に被処理液の流出部がそれぞれ設
けられた積層フィルターであって、前記濾過体は、それ
ぞれの前記内周端部が第１の相似形状及び前記外周端部
が第２の相似形状を有し、かつ中心を揃えるとともに周
方向の積層角度を一致させて積層され、前記内周積層面
と前記外周積層面には前記切欠きのほかに前記貫通孔が
一部露出していることを特徴とする積層フィルターであ
り、濾過時には、貫通孔の重なりにより形成される濾過
通路中に貫通孔の重なり度合いにより懸濁物よりも小さ
な孔を形成し、かつ該貫通孔の一部を外部と連通させる
ことにより流入孔及び流出孔を形成し、再生時には濾過
体の積層間に充分な隙間を設けることで、懸濁物に拘束
力のない自由な状態で再生できるという作用を有する。

【００１０】本発明において、孔軸とは貫通孔の各断面
を中心を結んだ線分すなわち中心軸線であり、リング状
とは円に限らず多角形なども含まれるものとする。ま
た、第１の相似形状と第２の相似形状とは、両形状が異
形状でそれぞれ相似関係を持つものでも同形状でそれぞ
れ相似関係を持つものでもよい。なお、相似関係には全
く同一の形状も含むものとする。

【００１１】更に、懸濁物の粒子径よりも大きい貫通孔
とは、被処理液中でもっとも濾過したいと考える物質
（想定除去物質）で粒度分布をとったとき、もっとも数
の多い平均的粒子径（代表値）を基準にして大粒子径側
で、大粒子径側総個数（全体からみると５０％）の４０
％を含む粒子径（全体の総個数では９０％が含まれるこ
とになるから、以下、９０％粒子径と記載する）より大
きい径の孔のことである。例えば、濾過したい被処理液
が浴水で、浴水の濁り物質を濾過したいのであれば、想
定除去物質は体から出る油脂や皮脂細胞等（通常、大き
さは５〜６０μｍ）であり、これより性質が異なる細菌
類（通常、大きさは０．３〜３μｍ）や、大きな髪毛等
は除かれたものである。このように想定除去物質が濁り
物質の場合、濁り物質の９０％粒子径より大きい貫通孔
を開けることにより、濁り物質やこれより大きい髪毛等
の懸濁物が濾過されることになる。なお、本発明の積層
フィルターは、濾過体に開ける貫通孔の数や分布状態で
重なり開口（濾過孔）の分布具合が変化するし、被処理
液の性質によっても影響される。そこで、想定除去物質
の分布が異常にいびつに小径側に広がっている場合など
には、代表値付近の粒子径にまで貫通孔の径を下げるこ
とも場合によっては有効である。

【００１２】この貫通孔の孔径をどのような径にすれば
よいか、具体的な例を挙げて説明すると、被処理液が浴
水の場合、９０％粒径は３０〜５０μｍである。上記し
たように、想定除去物質は浴水の濁り物質であり、細菌
を濾過するものではない。貫通孔を十分な数で均一に分
布させたとして、濾過体の貫通孔径は９０％粒径より１
オーダー大きい３００〜７００μｍ程度がよい。被処理
液が水道水の場合、９０％粒径は、５〜１０μｍで、こ
の時、濾過体の貫通孔径は５０〜１００μｍがよい。ま
た、被処理液が、水道水を貯水したもので残留塩素が抜
けた水の場合、想定除去物質は細菌となり、９０％粒径
は３μｍとなる。この時、濾過体の貫通孔は２０〜５０
μｍを採用するのがよい。

【００１３】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明する。

【００１４】図１は本発明の実施の形態における積層フ
ィルターの概略図である。

【００１５】図１において、濾過体１は環状体であって
その厚み方向に孔軸を向けて貫通孔６（後述の図４参
照）を開けたものであり、それぞれの環状体であってた
とえば濾過体１を基準の大きさとしたときこれと相似で
あって内径が小さく且つ外径が小さい相似形とした濾過
体１−２を複数枚組み合わせたものである。濾過体１は
その厚み方向に互いに隙間が無い状態で複数枚積層する
ことにより外周積層２−１と内周積層面２−２からなる
積層フィルター２を構成し、非透過性の上面抑え板３−
１及び下面抑え板３−２によって上下両端を挟着して保
持されている。なお、積層フィルター２の積層最上面の
濾過体１−１と上面抑え板３−１との間は隙間がない状
態で密着し、同様に積層フィルター２の積層最下面の濾
過体１−３と下面抑え板３−２との間も隙間のない状態
で密着している。また、下面抑え板３−２は濾過体１−
２と接していない部分（内周端部より内周側の部分）に
積層フィルター２の外部へ液体を導く管路４をシールし
た状態で接続している。なお、上面押さえ板３−１また
は、上面押さえ板３−１と下面抑え板３−２の双方が管
路４をシール状態で接続したものとしてもよい。

【００１６】図２は図１における積層フィルターの上端
部の濾過体の積層平面図であり、基準とした大きさの濾
過体１と同じ形状の積層最上面の濾過体１−１と、これ
と相似であって内径が小さく且つ外径が大きい濾過体１
−２が共通の中心Ｃ−１を持って同軸上に積層されてい
る。このような積層関係は全ての濾過体１，１−１，１
−２，１−３について同様である。

【００１７】なお、濾過体は円環状に形状が限定される
ものではなく、全ての濾過体の内周及び外周のそれぞれ
の面が同一もしくは相似形であり、積層時に各濾過体の
中心点が略一致するものであればよい。図３は濾過体の
積層平面図である。図３に示すように、基準となる濾過
体１に対して相似形であってそれぞれ大きさが異なる濾
過体１−４，１−５，１−６を組み合わせた合計４枚の
濾過体の積層構造としてもよい。そして、このような４
枚の組合せに限らず、形状が異なる濾過体の組合せとし
てもよく、また内周の大きさは共通であって外周の大き
さが異なるものや、逆に外周の大きさが共通であって内
周の大きさが異なるものの組合せとしてもよい。更に、
濾過体の数も調節することができ、すべての濾過体につ
いて異なる種類のものを使用することもできるし、何枚
かの同一の濾過体を積層したものを一つの単位として単
位ごとに異なる種類の濾過体を組み合わせることも可能
である。

【００１８】図４は図１において円Ａで囲んだ部分の断
面を示す拡大図であって、被処理液の積層フィルター内
部での流れを示す図である。被処理液は、濾過体１の外
周端部の切欠き５−１から積層フィルター２の内部へと
流入する。流入した被処理水は、切欠き５−１と重なる
貫通孔６によって形成される濾過通路の流入孔により、
上又は下の濾過体の貫通孔６内に達する。つまり、切欠
き５−１と重なる貫通孔６の数が流入孔の数となる。以
後は貫通孔６どうしの重なりによって形成される濾過通
路を通って、次第に内周側へと進んでいく。内周端部に
到達した液体は流入時と同様に内周端部の切欠き５−２
と重なる貫通孔６を流出孔として、積層フィルター２の
外部へと流出する。

【００１９】このとき、基準の大きさとした濾過体１に
対して相似の濾過体１−２は、濾過体１よりも内周が小
さくて且つ外周が大きいので、濾過体１−２の一部の貫
通孔６−１，６−２が基準とした大きさの濾過体１の内
外周の外に露出する。したがって、これらの貫通孔６−
１，６−２は積層フィルター２内部の濾過流路に繋がる
流入孔及び流出孔としての役割を果たし、流入孔及び流
出孔の数を増やすことができる。

【００２０】このように、積層フィルター２は内周積層
面２−２に排出側の切欠き５−２と一部の貫通孔６−２
が多数露出して形成され、外周積層面２−１に供給側の
切欠き５−１と一部の貫通孔６−１が多数露出したもの
となっている。この積層フィルター２の内周積層面２−
２を覆って濾過後の被処理液を集水することができる流
出部、並びに外周積層面２−１を覆って被処理液を供給
することができる流入部が、通水のため設けられる。本
実施の形態では、上面抑え板３−１と下面板抑え板３−
２と濾過体１の内周積層面２−２で囲まれた空間が、こ
れに接続された排出管とともに流出部を構成する。流入
部は図１においては図示されていないが、外周積層面２
−１を覆うカバーのようなものであればよい。このよう
に本実施の形態の積層フィルター２では、積層体の外周
の流入部から流入し、内部の流出部から吐出する構成と
なっている。しかし、流れの方向を逆にして積層体の内
部に流入部を設け、外部に設けた流出部から排出するこ
ともできる。このとき、供給側の切欠きと排出側の切欠
きは位置が逆となり、供給側の切欠きが濾過体１の内周
端部に形成され、排出側の切欠きが濾過体１の外周端部
に形成されることになる。そして、この場合の積層フィ
ルター２は、内周積層面２−２に供給側の切欠きと一部
の貫通孔が多数露出し、外周積層面２−２に排出側の切
欠きと一部の貫通孔が多数露出したものとなる。流入部
を外周に設けるほうが流入時の濾過面積を広く取れ、再
生までの時間を若干ながら長く取れる。ただ、流入部を
どちらの側にするかは配管等の配置関係から選択すれば
よい。

【００２１】図５は図４の円Ｈで囲んだ部分の部拡大図
であって、被処理液に含まれる懸濁物の濾過されるメカ
ニズムを示す概略図である。図示のように、矢印方向に
進む被処理液が上下濾過体１，１−２の貫通孔６の重な
り部分の濾過通路を通過するとき、濾過孔すなわち上下
の貫通孔６どうしの重なり部分よりも大きな懸濁物は、
濾過孔を通過できずに捕捉される。また、貫通孔６どう
しの重なりによって形成される濾過孔は、重なり度合い
によって開口面積を大きくしたり微小にしたりすること
ができる。したがって、形成される濾過孔の大きさと貫
通孔６の孔径との大きさの違いから、貫通孔６の内部で
は被処理液の流れの速度分布が一様でなくなり、貫通孔
６内部で流れの滞留や渦が発生する。このようにして発
生した被処理液の流れの滞留や渦は、その中に小さな懸
濁物を引き込むように作用し、この引き込みによっても
懸濁物が捕捉される。以上のメカニズムによって、懸濁
物は濾過体１の貫通孔６内に捕捉される。

【００２２】ここで、図５までの構成では濾過体１を環
状円の平面形状としているが、図６〜図８に示すような
様々なリング状の形状のものとしても、それぞれに開け
る貫通孔及び積層する濾過体の貫通孔どうしの重なりに
よる濾過孔によって図４及び図５で示したものと同様の
濾過機能を持たせることができる。

【００２３】図６は内周及び外周を正多角形状とした濾
過体の平面図、図７は内周及び外周をともに星型形状と
した濾過体の平面図、図８は内周及び外周を異なる形状
とした濾過体の平面図である。

【００２４】図６の濾過体１は中央部を開口させた正六
角形の平面形状を持ち貫通孔６を一様に分布させたもの
であり、図７は正四角形を二つ重ね合わせたような星型
としたものである。また、図８に示すように、内周端部
と外周端部の形状を変えたものとすることもできる。こ
れらの多角形の外周形状とした濾過体１の場合でも、図
示の大きさのものを基準とした相似形のものと組み合わ
せて積層することで、貫通孔６の一部を外に臨ませて開
放した流入孔及び流出孔とすることができ、これらの流
入孔及び流出孔を増やすことができる。

【００２５】以上説明したように、実施の形態の積層フ
ィルター２は、各濾過体１がリング状の形状を有してお
り、かつ、それぞれの内周端部で第１の相似形状、外周
端部で第２の相似形状を有している。この第１の相似形
状というのは第２の相似形状と異なったものであっても
よいし、同形状であってもよい。さらに、両形状の間で
相似の比率が一致していても、異なっていてもよい。ま
た、積層フィルター２の隣接する濾過体１の間では、中
心を揃えるとともに、積層するときの周方向角度（以
下、積層角度）を一致させて積層されている。この中心
は内周端部を構成する形状の最大内接円の中心のことで
あるが、外周端部の形状の最大内接円の中心であっても
よい。このように本実施の形態の積層フィルター２は、
内外周端部がそれぞれの濾過体１の間で相似の濾過体１
となり、積層したとき内周積層面と外周積層面に切欠き
５−２，５−１のほかにリング状の露出表面が現れ、こ
の露出表面に形成された貫通孔６が一部露出するように
なる。この露出した貫通孔２が濾過面積として加わっ
て、積層フィルター２の濾過流量を増やし、圧力損失を
低下させる。

【００２６】図９は再生時に濾過体間に隙間を設け再生
させるときのメカニズムを示す概略図である。

【００２７】濾過体１から付着懸濁物を取り除いて再生
するときには、濾過体１の間に少なくとも懸濁物よりも
大きな隙間を設け、貫通孔６内に捕捉されていた懸濁物
への拘束を解く。この状態で液を流すと、懸濁物は貫通
孔６から濾過体１どうしの間の隙間に速やかに流れ出
し、積層フィルター２外へと流れて再生される。このよ
うに濾過体１どうしの間に隙間を持たせることで、低エ
ネルギー下で再生率が極めて高いフィルターが実現でき
る。

【００２８】図１０は一つの入口と二つの出口とした貫
通孔を備える濾過体の要部の断面図である。図示のよう
に、貫通孔６液が上側から入り込むと、二つの出口へ向
かう手前の分岐部で流れが乱れることによって、速度分
布が一様でなくなる。これにより、貫通孔６の内部で流
れの滞留や渦が発生し、これに懸濁物が取り込まれると
貫通孔６の外へ出難くなる。したがって、再生率が下が
ることになり、貫通孔６は入口と出口が１個ずつで内部
に分岐流路がないストレート形状の構成とすることが好
ましい。

【００２９】図１１は開口断面が厚さ方向に一様でない
貫通孔を備える濾過体の要部の断面図である。このよう
な開口断面の貫通孔６では、液が上側から入り込むと、
貫通孔６の広がり部又は狭部で流れが乱れることによっ
て、速度分布が一様でなくなる。これにより、貫通孔６
の内部で流れの滞留や渦が発生し、これに懸濁物が取り
込まれると貫通孔６の外へ出難くなる。したがって、再
生率が下がることになり、貫通孔６は厚み方向に一様な
開口断面形状を持つものが好ましい。

【００３０】図１２は貫通孔に加えて表面に窪みを形成
した濾過体の配列を示す要部の断面図である。濾過体１
が窪み７を有してない場合、貫通孔６どうしの重なりが
ない所では濾過通路は途切れてしまう。一方、濾過体１
に窪み７を設けていると、貫通孔６と窪み７の重なりま
たは窪み７どうしの重なりにより形成される濾過通路が
できることになり、通水抵抗を小さくできる。

【００３１】図１３は図１２に示した窪みに加えて更に
濾過体に貫通孔を設けた場合の処理液の流れを示す概略
図である。貫通孔８は濾過体１の厚さ方向（図において
上下方向）と一致しない開口軸線を持つように開けたも
ので、図示の例では厚さ方向の貫通孔６と直交した開口
軸線として形成されている。濾過体１が窪み７または貫
通孔８を備えていないと、貫通孔６どうしの重なりがな
い所で濾過通路は途切れる。一方、濾過体１に窪み７及
び貫通孔８を備えたものでは、貫通孔６と窪み７の重な
りまたは窪み７どうしの重なりにより形成される濾過通
路に加えて、貫通孔８が流路として加わる。これによ
り、通水抵抗を小さくできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、低エネルギー下で再生
効率の極めて高い積層フィルターが得られ、目詰まりに
よるフィルターの交換を必要としない省資源タイプの流
体浄化用の積層フィルターを提供できる。また、濾過
（液の流れ）方向やフィルターの取付け方向に制約がな
く、圧力損失も少ない小型化が可能となりその製造も容
易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における積層フィルターの
概要図

【図２】図１における積層フィルターの上端部の濾過体
の積層平面図

【図３】濾過体の積層平面図

【図４】図１において円Ａで囲んだ部分の断面を示す拡
大図であって、被処理液の積層フィルター内部での流れ
を示す図

【図５】図４の円Ｈで囲んだ部分の部拡大図であって、
被処理液に含まれる懸濁物の濾過されるメカニズムを示
す概略図

【図６】内周及び外周を正多角形状とした濾過体の平面
図

【図７】内周及び外周をともに星型形状とした濾過体の
平面図

【図８】内周及び外周を異なる形状とした濾過体の平面
図

【図９】再生時に濾過体間に隙間を設け再生させるとき
のメカニズムを示す概略図

【図１０】一つの入口と二つの出口とした貫通孔を備え
る濾過体の要部の断面図

【図１１】開口断面が厚さ方向に一様でない貫通孔を備
える濾過体の要部の断面図

【図１２】貫通孔に加えて表面に窪みを形成した濾過体
の配列を示す要部の断面図

【図１３】図１２に示した窪みに加えて更に濾過体に貫
通孔を設けた場合の処理液の流れを示す概略図

【符号の説明】

１，１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６
濾過体 ２ 積層フィルター ２−１ 外周積層面 ２−２ 内周積層面 ３−１ 上面抑え板 ３−２ 下面抑え板 ４ 管路 ５−１，５−２ 切欠き ６，６−１，６−２ 貫通孔 ７ 窪み ８ 貫通孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】懸濁物の粒子径よりも大きな孔径の貫通孔
   が厚み方向に孔軸を向けて複数形成されるとともに、内
   周端部と外周端部にそれぞれ切欠きが形成されたリング
   状の濾過体が複数枚積層され、内周積層面と外周積層面
   の一方側に被処理液の流入部が及び他方側に被処理液の
   流出部がそれぞれ設けられた積層フィルターであって、
   前記濾過体は、それぞれの前記内周端部が第１の相似形
   状及び前記外周端部が第２の相似形状を有し、かつ中心
   を揃えるとともに周方向の積層角度を一致させて積層さ
   れ、前記内周積層面と前記外周積層面には前記切欠きの
   ほかに前記貫通孔が一部露出していることを特徴とする
   積層フィルター。