JP2002126457A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エネルギー効率および濾過効率がともに高く、
濾過された液体を連続的に取り出すこと。 【解決手段】２つの流体圧シリンダのピストンをピスト
ンロッドで互いに連結して構成される対向形シリンダ１
１と、対向形シリンダの両側のストローク端において切
り換えられる方向切換え弁１２と、濾過器１３とを備
え、流体圧シリンダの各ヘッド側室にそれぞれ逆止弁１
６，１７を介して被処理液が導入され、流体圧シリンダ
の各ヘッド側室は、それぞれ逆止弁１８，１９を介して
濾過器１３の流入ポートに接続され、濾過器１３の流出
ポートは、方向切換え弁１２を介していずれかのロッド
側室に選択的に接続され、流出ポートに接続されなかっ
た方のロッド側室は方向切換え弁１２によって排出流路
に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透法（ＲＯ
法）または限外濾過法など各種の加圧膜分離法によって
濾過を行う濾過装置に関し、種々の廃液または汚水など
の浄化または海水の純水化などに利用される。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＲＯ膜（半透膜）などの濾過膜
を利用して被処理液の精密濾過を行う場合に、被処理液
をＲＯ膜の逆浸透圧以上の高圧（１．５〜７ＭＰａ程
度）に加圧して濾過器に導入する必要がある。被処理液
の加圧のために、従来においては高価なプランジャポン
プなどが使われている。

【０００３】また、ＲＯ膜の濾過性能を確保するため
に、ＲＯ膜の表面に沿って被処理液を大量に流す、所謂
フラッシングを行う必要があることから、濾過器に導入
した高圧の被処理液をフラッシングの後で高圧のまま外
部に排出している。

【０００４】また、被処理液が水のように潤滑性が無く
低粘度流体である場合には、電動機直結型のポンプでは
寿命が短く、頻繁にメンテナンスが必要となる。そし
て、高圧の被処理液をフラッシングのために絞り弁など
を経由して排出すれば、被処理液の持つ圧力エネルギー
を捨てることとなり、エネルギー効率の低い濾過装置と
なってしまう。

【０００５】本出願人は、フラッシングのために用いた
加圧被処理液を回収することによりエネルギー効率を向
上させた濾過装置を特開平１−３４４０４号として提案
した。

【０００６】その濾過装置によると、ロッド側室が大気
に開放した小内径の１次側シリンダと、これに同軸上に
連結された大内径の２次側シリンダと、濾過膜を用いた
濾過器と、被処理液を１次側シリンダのヘッド側室へ導
入するポンプとを備える。１次側および２次側のシリン
ダ内のピストンはピストンロッドによって互いに連結さ
れている。両方のシリンダのヘッド側室が逆止弁を介し
て互いに接続され、濾過器の原液空間が濾過器の流入側
において２次側シリンダのヘッド側室に接続され、流出
側において２次側シリンダのロッド側室に開閉弁を介し
て接続されている。そして、開閉弁を備えた排液路が２
次側シリンダのロッド側室に接続されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた従来の濾過
装置によると、シリンダの往動時にのみ、濾過器による
濾過が行われる。つまり、シリンダの復動時には、濾過
器による濾過が行われない。

【０００８】したがって、従来の濾過装置では、動作サ
イクルの半分は被処理液の濾過が行われないので、濾過
効率が悪い。また、被処理液の濾過が連続的に行われな
いので、濾過された液体を連続的に取り出すことができ
ない。液体を連続的に取り出すためには、濾過装置を２
台以上設置する必要がある。

【０００９】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、エネルギー効率および濾過効率がともに高く、濾
過された液体を連続的に取り出すことのできる濾過装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る濾過装置
は、実質的に互いに同じシリンダ径を有する第１の流体
圧シリンダおよび第２の流体圧シリンダを互いに一体的
に連結し且つそれぞれのピストンをピストンロッドで互
いに連結して構成される対向形シリンダと、前記対向形
シリンダの両側のストローク端において切り換えられる
方向切換え弁と、濾過膜を用いた濾過器と、を備え、前
記第１の流体圧シリンダおよび前記第２の流体圧シリン
ダのそれぞれのヘッド側室にそれぞれ逆止弁を介して被
処理液が導入され、前記第１の流体圧シリンダおよび前
記第２の流体圧シリンダのそれぞれのヘッド側室は、そ
れぞれ逆止弁を介して前記濾過器の流入ポートに接続さ
れ、前記濾過器の流出ポートは、前記方向切換え弁を介
して前記第１の流体圧シリンダまたは前記第２の流体圧
シリンダのいずれかのロッド側室に選択的に接続され、
前記第１の流体圧シリンダまたは前記第２の流体圧シリ
ンダのロッド側室のうちの前記流出ポートに接続されな
かった方のロッド側室は、前記方向切換え弁によって排
出流路に接続されるように構成される。

【００１１】好ましくは、前記濾過器の流入ポートにア
キュムレータが接続される。また、前記被処理液は、低
圧用のポンプによって前記ヘッド側室に導入される。ま
たは、前記被処理液は、当該被処理液を排出する機器の
排圧によって前記ヘッド側室に導入される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る濾過装置１の
流体回路を示す図である。図１において、濾過装置１
は、対向形シリンダ１１、方向切換え弁１２、濾過器１
３、ポンプ１４、アキュムレータ１５、および逆止弁１
６〜１９などからなる。

【００１３】対向形シリンダ１１は、互いに同じシリン
ダ径を有する第１の流体圧シリンダＳ１および第２の流
体圧シリンダＳ２を互いに一体的に連結し、それぞれの
ピストンＰ１，Ｐ２をピストンロッドＲで互いに連結し
て構成される。

【００１４】ピストンＰ１，Ｐ２は、それぞれ、シリン
ダチューブ内を密に摺動し、ロッド側室Ｃ１ｒとヘッド
側室Ｃ１ｈ、およびロッド側室Ｃ２ｒとヘッド側室Ｃ２
ｈに区分する。

【００１５】方向切換え弁１２は、メカニカル駆動形の
２位置４方切換え弁である。方向切換え弁１２は、適当
な操作棒によって対向形シリンダ１１のピストンＰ１に
連結されており、ピストンＰ１の両側のストローク端に
おいて切り換えられる。

【００１６】濾過器１３は、ＲＯ膜Ｍを用いた公知のも
のである。ＲＯ膜Ｍでは、流入ポートＰＦ１から流入す
る高圧の被処理液が流出ポートＰＦ２から流出する間
に、一部がＲＯ膜Ｍを透過して濾過され、残りがＲＯ膜
Ｍの表面に沿って流れてＲＯ膜Ｍをフラッシングする。

【００１７】ポンプ１４は、原液タンクＴ１に溜められ
た被処理液を、例えば０．５ＭＰａ程度の圧力に加圧し
て送出するポンプである。なお、被処理液が適当な加圧
状態で排出される場合には、排出される被処理液をその
まま逆止弁１６，１７を介して対向形シリンダ１１に導
入すればよく、ポンプ１４を用いる必要はない。例え
ば、エアーコンプレッサなどの排液を被処理液とする場
合には、被処理液はエアーコンプレッサのドレンポート
から圧力を持って排出されるので、ドレンポートを逆止
弁１６，１７に接続すればよい。

【００１８】アキュムレータ１５は、濾過器１３の流入
ポートＰＦ１に流入する被処理液の圧力を蓄えて所定の
圧力を維持するためのものであり、種々の公知のタイプ
のものが用いられる。

【００１９】逆止弁１６〜１９は、各流路において被処
理液の流れる方向を規制するものである。僅かな漏れは
許容することができるので、弁体の自重または弾性など
で流路を塞ぐ簡単な構造のものでもよい。

【００２０】第１の流体圧シリンダＳ１および第２の流
体圧シリンダＳ２のそれぞれのヘッド側室Ｃ１ｈ，Ｃ２
ｈに、それぞれ逆止弁１６，１７を介して被処理液が導
入される。

【００２１】第１の流体圧シリンダＳ１および第２の流
体圧シリンダＳ２のそれぞれのヘッド側室Ｃ１ｈ，Ｃ２
ｈは、それぞれ逆止弁１８，１９を介して濾過器１３の
流入ポートＰＦ１に接続される。

【００２２】濾過器１３の流出ポートＰＦ２は、方向切
換え弁１２を介して、第１の流体圧シリンダＳ１または
第２の流体圧シリンダＳ２のいずれかのロッド側室Ｃ１
ｒ，Ｃ２ｒに選択的に接続される。

【００２３】第１の流体圧シリンダＳ１または第２の流
体圧シリンダＳ２のロッド側室Ｃ１ｒ，Ｃ２ｒのうち、
流出ポートＰＦ２に接続されなかった方のロッド側室Ｃ
１ｒ，Ｃ２ｒは、方向切換え弁１２によって排出流路Ｌ
８を介して濃縮液タンクＴ３に接続される。

【００２４】次に、濾過装置１の動作を説明する。図１
に示す状態において、ポンプ１４によって適当な圧力に
加圧された被処理液は、流路Ｌ１から送出され、逆止弁
１６，１７を介して各ヘッド側室Ｃ１ｈ，Ｃ２ｈに流入
する。

【００２５】ヘッド側室Ｃ１ｈ，Ｃ２ｈに流入した被処
理液は、逆止弁１８，１９を介して濾過器１３の流入ポ
ートＰＦ１から濾過室ＣＦ内に流入する。後で詳しく述
べるように、濾過室ＣＦ内において、一部はＲＯ膜Ｍを
透過し、濾過されて濾過液タンクＴ２に溜まる。残分
は、ＲＯ膜Ｍをフラッシングした後、流出ポートＰＦ２
から流出し、方向切換え弁１２を通って流路Ｌ６からロ
ッド側室Ｃ２ｒに流入する。

【００２６】第２の流体圧シリンダＳ２のヘッド側室Ｃ
２ｈまたはロッド側室Ｃ２ｒに流入した被処理液の圧力
を比較すると、ロッド側室Ｃ２ｒの方が流路の抵抗によ
る圧力降下によって若干低くなっているが、大きな差異
はない。したがって、第２の流体圧シリンダＳ２につい
ては、ヘッド側室Ｃ２ｈとロッド側室Ｃ２ｒとの受圧面
積の差に応じた力のみが、ピストンＰ２を図の右方へ移
動させようと作用する。

【００２７】他方、第１の流体圧シリンダＳ１について
見ると、そのロッド側室Ｃ１ｒは、流路Ｌ７を通り、方
向切換え弁１２を経由して濃縮液タンクＴ３に開放され
ている。したがって、ロッド側室Ｃ１ｒの圧力はほぼ零
である。つまり、第１の流体圧シリンダＳ１について
は、ヘッド側室Ｃ１ｈの受圧面積に応じた力が、ピスト
ンＰ１を図の左方へ移動させようと作用する。

【００２８】したがって、結局、ピストンＰ１，Ｐ２お
よびピストンロッドＲは、図の左方へ移動する。そうす
ると、ピストンＰ２の移動によってヘッド側室Ｃ２ｈか
ら押し出された被処理液は、逆止弁１９、流路Ｌ４、濾
過器１３、流路Ｌ５、方向切換え弁１２、および流路Ｌ
６を通ってロッド側室Ｃ２ｒに流入する。しかし、ロッ
ド側室Ｃ２ｒは、ピストンロッドＲの容積の分だけヘッ
ド側室Ｃ２ｈよりも容積が少ないので、全部の被処理液
がロッド側室Ｃ２ｒ内に入り切らず、一部はＲＯ膜Ｍを
通って濾過され、濾過液タンクＴ２に流入する。その間
において、残りの被処理液は、ＲＯ膜Ｍの表面に沿って
流れ、これによってフラッシングが行われる。

【００２９】つまり、ヘッド側室Ｃ２ｈからロッド側室
Ｃ２ｒへの流路中に濾過器１３が接続されており、ピス
トンＰ１の移動によって多量の被処理液が濾過器１３を
通過するのである。これによってフラッシングが充分に
行われる。そして、流出ポートＰＦ２から流出する高圧
の被処理液は、ロッド側室Ｃ２ｒに入り、ピストンＰ２
に作用するので、圧力が有効に回収され利用される。

【００３０】観点を変えると、この場合の第２の流体圧
シリンダＳ２の受圧面積は、ヘッド側室Ｃ２ｈとロッド
側室Ｃ２ｒとの受圧面積の差、すなわちピストンロッド
Ｒの面積（ロッド面積）に等しい。対向形シリンダ１１
のピストン面積とロッド面積との比を１／３〜１／５程
度とすれば、第１の流体圧シリンダＳ１をピストン面積
による径大のシリンダとし、第２の流体圧シリンダＳ２
をロッド面積による径小のシリンダとした、増圧比３〜
５の増圧機と見ることができる。

【００３１】つまり、この場合に、第２の流体圧シリン
ダＳ２のヘッド側室Ｃ２ｈおよびロッド側室Ｃ２ｒの圧
力は、第１の流体圧シリンダＳ１のヘッド側室Ｃ１ｈの
圧力の３〜５倍程度の高圧となる。そのため、逆止弁１
７は閉じた状態となる。濾過器１３の濾過室ＣＦにはそ
れに応じた高圧が加わり、その圧力によって濾過が行わ
れる。

【００３２】なお、第１の流体圧シリンダＳ１のロッド
側室Ｃ１ｒの被処理液は、流路Ｌ７、方向切換え弁１
２、および排出流路Ｌ８を通って濃縮液タンクＴ３に流
入する。したがって、濃縮液タンクＴ３には、未処理で
はあるが、濾過によって濾過液タンクＴ２に流入した被
処理液の分だけ濃縮された被処理液が溜まる。濃縮液タ
ンクＴ３に溜まった被処理液は、適当なタイミングで原
液タンクＴ１に戻せばよい。

【００３３】ピストンＰ１，Ｐ２がストローク端に達す
ると、方向切換え弁１２が切り換わり、濾過器１３の流
出ポートＰＦ２から流出する被処理液は第１の流体圧シ
リンダＳ１のロッド側室Ｃ１ｒに流入する。第２の流体
圧シリンダＳ２のロッド側室Ｃ２ｒは濃縮液タンクＴ３
に接続される。

【００３４】したがって、上に述べたと同様な作用によ
り、今度はピストンＰ１，Ｐ２が図の右方へ移動する。
その間において、上と同様に、濾過器１３において濾過
とフラッシングが行われる。

【００３５】方向切換え弁１２の切り換え時において流
路Ｌ４の圧力が一時的に低下する可能性があり、また脈
動が発生する可能性があるが、アキュムレータ１５の存
在によって圧力がほぼ一定に維持され、濾過が円滑に連
続的に行われる。

【００３６】上に述べたように、流路Ｌ１からの被処理
液の供給が続く限り、対向形シリンダ１１は往復移動を
継続し、濾過器１３による濾過およびフラッシングを行
って濾過液タンクＴ２に濾過液を排出する。

【００３７】上に述べたように、濾過器１３においてフ
ラッシングに用いられた被処理液は、ピストンＰ１，Ｐ
２に作用して有効に利用されるので、エネルギー効率が
高い。対向形シリンダ１１の往復移動によって連続的に
濾過が行われるので、濾過効率が高い。

【００３８】上の実施形態において、方向切換え弁１２
としてメカニカル駆動形のものを用いたが、電磁駆動形
のものを用い、対向形シリンダ１１のストローク端を検
出してその検出信号によって切り換わるように制御して
もよい。対向形シリンダ１１は、２つの個別の流体圧シ
リンダを一体的に連結してもよく、当初から一体となっ
た対向形シリンダ１１を製作してもよい。

【００３９】上の実施形態において、流入ポートＰＦ１
および流出ポートＰＦ２として、流入または流出のため
の口または穴があればよい。原液タンクＴ１と濃縮液タ
ンクＴ３とを接続し、または共通としてもよい。対向形
シリンダ１１、方向切換え弁１２、および濾過器１３な
どを一体化し、濾過装置１を１つのユニットとして構成
することができる。

【００４０】その他、対向形シリンダ１１、方向切換え
弁１２、濾過器１３、または濾過装置１の全体または各
部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣
旨に沿って適宜変更することができる。

【００４１】本発明は、エアーコンプレッサなどの排液
の浄化、汚水の浄化、海水の純粋化など、種々の液体の
濾過または浄化に用いることができる。例えば、池また
は湖などに溜まった水を管路によって下方に導き、落差
による圧力（排圧）を利用し、他の動力を用いることな
く連続的に自動的に純水に変換する装置として利用する
ことも可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によると、エネルギー効率および
濾過効率がともに高く、濾過された液体を連続的に取り
出すことのできる濾過装置を提供することができる。

【００４３】請求項２の発明によると、圧力変動が抑え
られ、濾過が円滑に行われる。請求項４の発明による
と、ポンプを用いることなく、対向形シリンダを駆動し
て濾過を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る濾過装置の流体回路を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 濾過装置 １１ 対向形シリンダ １２ 方向切換え弁 １３ 濾過器 １４ ポンプ １５ アキュムレータ １６〜１９ 逆止弁 Ｓ１ 第１の流体圧シリンダ Ｓ２ 第２の流体圧シリンダ Ｐ１，Ｐ２ ピストン Ｒ ピストンロッド Ｃ１ｈ，Ｃ２ｈ ヘッド側室 Ｃ１ｒ，Ｃ２ｒ ロッド側室 ＰＦ１ 流入ポート ＰＦ２ 流出ポート Ｍ ＲＯ膜（濾過膜） Ｌ８ 排出流路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に互いに同じシリンダ径を有する第
   １の流体圧シリンダおよび第２の流体圧シリンダを互い
   に一体的に連結し且つそれぞれのピストンをピストンロ
   ッドで互いに連結して構成される対向形シリンダと、 前記対向形シリンダの両側のストローク端において切り
   換えられる方向切換え弁と、 濾過膜を用いた濾過器と、を備え、 前記第１の流体圧シリンダおよび前記第２の流体圧シリ
   ンダのそれぞれのヘッド側室にそれぞれ逆止弁を介して
   被処理液が導入され、 前記第１の流体圧シリンダおよび前記第２の流体圧シリ
   ンダのそれぞれのヘッド側室は、それぞれ逆止弁を介し
   て前記濾過器の流入ポートに接続され、 前記濾過器の流出ポートは、前記方向切換え弁を介して
   前記第１の流体圧シリンダまたは前記第２の流体圧シリ
   ンダのいずれかのロッド側室に選択的に接続され、 前記第１の流体圧シリンダまたは前記第２の流体圧シリ
   ンダのロッド側室のうちの前記流出ポートに接続されな
   かった方のロッド側室は、前記方向切換え弁によって排
   出流路に接続されるように構成される、 ことを特徴とする濾過装置。
2. 【請求項２】前記濾過器の流入ポートにアキュムレータ
   が接続されている、 請求項１記載の濾過装置。
3. 【請求項３】前記被処理液は、低圧用のポンプによって
   前記ヘッド側室に導入される、 請求項１または２記載の濾過装置。
4. 【請求項４】前記被処理液は、当該被処理液を排出する
   機器の排圧によって前記ヘッド側室に導入される、 請求項１または２記載の濾過装置。