JP2004515335A - フィルター装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、シャフト（２）上に多数のフィルターディスク（３）が取り付けられて回転せしめられ、各フィルターディスクには多孔性のフィルター媒体が具えられたフィルター装置（１）に関する。本発明においては、上記シャフト（２）上に、個々のフィルターディスク（３）の間のスペーサーとして機能する弾性エレメント（８，８’）が取り付けられていることを特徴とする。更にまた、本発明は、そのようなフィルター装置（１）のために使用されるフィルターディスク（３）をも提供する。

Description

【０００１】
［発明の属する技術分野］
本発明は、多孔性フィルター媒体を具備する複数のフィルターディスクをシャフト上に取り付け、これを回転せしめるよう構成されたフィルター装置に関する。
【０００２】
［従来の技術］
この種のフィルター装置としては、オーストリア特許第４０６９３６号（オーストリア特許出願第１５５／９９号）が知られている。その特許に係るフィルター装置の問題点は、１本のシャフト上に非常に多くのフィルターディスクが取り付けられ、他のシャフト上のフィルターディスクとオーバーラップすると考えられることである。ディスクの支持エレメントを種々選択できるという融通性、例えばセラミック製のエレメントも使用可能であるというような順応性を確保するためには、シャフトとディスクの固定手段として、摩擦力による結合方式を採用することが推奨される。その場合、シーリング部材も摩擦結合方式でなければならない。このような状況下にあっては、次のようなリスクと問題点を生じる。
【０００３】
即ち、部品（ディスク、シャフト及びスペーサー）の製造段階における許容誤差と、シーリング部材の圧縮可能性の影響とが累積される結果として、ディスク間の間隔が所期の値に保たれなくなる。極端な場合には、ディスク同士が互いに接触し、破損してしまう。
【０００４】
特に起動時においては、摩擦結合が不十分であると、フィルターディスクの質量による慣性の作用で、スリップ現象が起きてしまい、これによって、シーリング部材が集中的に摩耗することになる。
【０００５】
［発明が解決しようとする課題］
本発明の目的は、シンプルな製造プロセスにより作製され、上記の如き問題点を解決し得る、作動の信頼性の高いフィルター装置を提供することにある。
【０００６】
［課題を解決するための手段］
そこで、本発明は、上記シャフト上に、個々のフィルターディスクの間のスペーサーとして機能する弾性エレメントを取り付けたことを特徴とする。
そのように構成することにより、当該弾性エレメントが、個々のフィルターディスクと中心コアシャフトとの間のシーリング部材として作用するため、フィルターディスクと中心コアシャフトの間のトルク伝達のための堅固なロック手段を設ける必要がなくなるものである。
【０００７】
本発明の好適な実施形態においては、上記弾性エレメントが単一部材として作製されていることを特徴とする。
そのように構成することで、一層合理的なコストで製造できることとなり、特にフィルターディスク間の間隔が狭い場合において有効である。
【０００８】
本発明のもう一つの好適な実施形態においては、複数の弾性エレメントを、要所に金属製のスペーサーを介在させた状態で取り付けることを特徴とする。
特に、フィルターディスク間に実質的なスペースが存在する場合においては、それらの金属製のブッシュが挿入されることによって安定性が向上する。
【０００９】
本発明の好適な実施形態においては、複数のフィルターディスクと弾性エレメントを、あらかじめ軸方向にまとめて重ね、圧着状態としておくことを特徴とする。その場合、５ないし２０枚、望ましくは１０ないし１５枚のフィルターディスクをまとめて固定することを特徴とする。
このように、フィルターディスクと弾性エレメントを予めまとめて重ね、圧着状態としておくことによって、フィルターディスクと中心コアシャフト間にシンプルなシールが形成でき、フィルターディスク間の間隔のセッティングのための好適な手段が提供されると共に、フィルターディスクの製造過程において生じる当該フィルターディスクの厚さの公差や、シーリングエレメントの圧縮等が補償されるという作用効果が得られるものである。フィルターディスクは複数枚まとめて重ね、圧着状態にしておくことができるので、僅かな伸び等の均一性の欠如は補償され、すべてのフィルターエレメントを片側からのみリンクさせる場合に生じる不均一なスペーシングの問題も解消する。
【００１０】
本発明の更に好適な実施形態においては、フィルターディスクを取り付けた複数のシャフトが同一高さに配列され、これらがベルトによって一緒に回転せしめられるように構成されることを特徴とする。
複数のフィルターエレメントが例えば水平に配列された場合には、一連のシャフトすべてを単一の駆動装置で同時に駆動することが可能であり、その場合、隣接するフィルターディスクは、重なり合う領域において互いに反対方向へ回転し、ディスクの表面近くに乱流が生じて、洗浄効果が向上する。
【００１１】
本発明の好適な実施形態においては、フィルターディスクを取り付けた複数のシャフトが同一高さに配列されたものが更に複数段に重ねて配置され、これらの各段間は、適度の開口を有する分離壁によって互いに分離された状態で、共通のハウジング内に収容されることを特徴とする。
そのように構成することにより、単一のハウジング内に複数の圧力領域を形成できると共に、分離壁によってハウジングの強度が堅固になるという効果が得られる。更にまた、水流が短絡するのが防止され、好適な水流パターンを形成することができる。
【００１２】
本発明の更に好適な実施形態においては、ハウジング内に上記フィルターディスクの外形輪郭に適合する内部マウンティングが設けられ、これによりハウジング内の中空スペースが低減せしめられるよう構成されることを特徴とする。
これらのマウンティングを設けることにより、これがフィルターディスク間にクサビ状に入り込み、これによってハウジング内の自由空間及び無駄なスペースが実質的に減少する。これは特に、液中の固形物をバッチ方式で濃縮する場合に非常に有利である。
【００１３】
本発明の好適な実施形態においては、上記シャフトの一端に、望ましくは耐圧構造の濾液回収タンクが設けられ、当該タンク内にすべての中心コアシャフトからの濾液が回収されるように構成したことを特徴とする。
このような濾液回収タンクを設けることにより、中心コアシャフトとパイプの間に、多大なスペースを必要とする回転式輸送管等を設ける必要がなくなる。また、濾液回収タンクを耐圧構造とすることにより、バックウォッシングのために加圧状態としたり、或いはまた、膜の通過圧を増大させるために減圧状態としたりすることが可能になる。
【００１４】
本発明の更に好適な実施形態においては、未処理液がフィルターディスクに対してその接線方向に沿って供給されるように構成されることを特徴とする。
そのように水流をコントロールすることにより、良好なクロスフロー濾過が行われ、未処理液の供給口近くにおけるディスクによる濾過を乱すことがなく、更にまた、ディスクの摩耗も防止できる。
【００１５】
本発明の好適な実施形態においては、フィルターディスクを取り付けたシャフトの回転速度が調整可能なように構成されることを特徴とする。
そのように構成することにより、さまざまに異なった条件に対応して、フィルターディスク間の乱流を防止でき、特に濾過対象となる媒体成分が変更されたり、濃縮率を変更したり場合に有効であり、水流の経路全体を変更したり、濾過圧力を変更したりする必要がなく、各種の濾過条件に対応することが可能となるものである。
【００１６】
本発明の更に好適な実施形態においては、フィルター装置を、起動時には徐々に速度を上げ、停止時には徐々に速度を下げるよう制御する装置を設けるようにし、それには例えば、周波数コンバーターを有するモーターを用いたり、ターボカプリングを用いたりすることを特徴とする。
そのように構成することにより、起動時及び停止時におけるフィルターディスクのスリップ現象を回避することが可能となる。これは、弾性リングを用いて多数のフィルターディスクを軸方向に重ね、これらのディスクを摩擦結合させているような構造のフィルター装置の場合に特に有益である。
【００１７】
上記の如き本発明のフィルター装置に使用するための本発明に係るフィルターディスクは、保形フレーム上に、フィルター媒体（ワイヤ、フェルト、膜フォイル若しくはこれらと同類のもの）を取り付けたことを特徴とする。
そのような構成とすることにより、適宜のベースフレームに低コストの膜フォイルを取り付けて、各種のフィルター装置に適合し得る多様なフィルターディスクを製造することが可能となる。
【００１８】
本発明の好適な実施形態においては、上記保形フレームが、孔明きプレート、燒結金属、セラミック又は多孔性合成樹脂材料のいずれかにより作製されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の好適な実施形態においては、上記膜フォイルが、セラミック又はポリマー材料から成ることを特徴とする。
【００２０】
本発明の好適な実施形態においては、上記フィルター媒体が、合成繊維若しくは金属ワイヤを織製して成るワイヤ織物、又は、プラスチックフォイル若しくは金属プレートに孔明け加工して成るスクリーンであることを特徴とする。
【００２１】
本発明の更に好適な実施形態においては、膜フォイル等の上記フィルター媒体が、上記保形フレームに対して溶着又は接着剤により取り付けられることを特徴とする。
そうすることにより、適切なフィルターディスクを低コストで製造することが可能になる。
【００２２】
本発明の好適な実施形態においては、フィルターディスクの外周エッジに、弾性ポリマー材料等から成るビーズ材が取り付けられることを特徴とする。
そうすることにより、処理すべき媒体の水流がフィルターディスクの表面から離れる方向へ導かれ、ディスクの摩耗を回避することができる。
【００２３】
本発明の特に好適な実施形態においては、上記保形フレームがセラミック材等の鋳造により作製され、その排水チャンネルが、鋳型内に挿入されたコアによって形づくられ、当該コアはこれを加熱、 燃焼させることにより残留物を全く残すことなく消滅せしめられるよう構成されることを特徴とする。
このような製造形態であると、上記フィルターディスクをシンプルな操作で低コストで製造でき、複数のレイヤーを用いる従来の製造方法により作製されたフィルターディスクに比べて、個々のフィルターディスクの寿命も大幅に改善されるものである。
【００２４】
［発明の実施の形態］
以下、図面に示した実施例を参照しつつ、本発明について説明する。
図１はフィルター装置の一般的説明図、図２は本発明の説明図、図３は本発明の更なる説明図、図４は本発明の更なる説明図、図５はシャフトの配置を示す説明図、図６はハウジングの特別の構造を示す説明図、図７は本発明のフィルター装置の全体図、図８は本発明のフィルターディスクの説明図、図９は本発明のフィルターディスクの構造の断面図、図１０は本発明のフィルターディスクの構造を示す説明図である。
【００２５】
図１は、濾過モジュール１の一般的な形態を示している。複数枚の膜ディスク３が、各中心コア２，２’にそれぞれ取り付けられている。濾過すべき懸濁液は、パイプ５を通じてタンク４内に供給される。図には、閉じられたタンク４が示されているが、このタンクは開放型のタンクであってもよく、その場合には、膜ディスクは液中に沈められる。この装置における膜ディスク３は、円筒状の断面形状を有する。濾液は膜を通じて中空のディスクボディー３内へ浸入し、ディスクの中心部へ導かれ、中心コア２，２’及びパイプ６を通じてフィルターの外部へ排出される。洗浄された濃縮物は、その後、パイプ７を通じて取り出すことができる。この濾過モジュール１を稼動させるには、濃縮する側を加圧してもよく、或いは透過する側を減圧するようにしてもよい。これに対応して、濾過モジュール１は閉じられたケーシング方式としたり、或いは膜を液中に沈める方式としたりすることができる。加圧する場合には、１０〜１４バールの圧力とするのが好適である。
【００２６】
膜ディスク３は、フィルター媒体（ワイヤ、フェルト、ポリマー膜）を備えた支持エレメントと共に、無機材料エレメントで構成することができる。フィルター装置の構成は、稼動中における膜のフィルター媒体を化学的に洗浄する方式としたり、或いは、完全に機械的に背後から水を透過させて洗浄する方式とすることができる。濾過モジュール１は、用いるフィルター媒体に応じて、さまざまな濾過プロセス全般に使用することができ、例えば、固形物の除去、マイクロ濾過（約０．３ミクロンから）、ウルトラ濾過、ナノ濾過（約４０００ダルトンまで）、飲料水処理のための逆浸透、水処理プロセス、生活廃水及び工業廃水の処理、等々に使用することができる。
【００２７】
図２には、本発明に係るフィルター装置の断面図が示されており、このフィルター装置は、単一のシャフト２に、複数のフィルターディスク３が個々に取り付けられた構造となっている。スペーサーとして機能する弾性エレメント８は、中心コアシャフト２上に、個々のフィルターディスク３の間に取り付けられている。この図に示した実施例においては、単一の弾性エレメント８が複数のフィルターディスク３の間に僅かなスペースを保持するようになっている。また、この実施例では、ネジ付きピン９を有するカラー部材が、フィルターディスク３及び弾性エレメント９をシャフト２上に固定するために用いられている。
【００２８】
図３には、各フィルターディスク３の間に弾性エレメント８’を設ける場合におけるスペーサーの変更例が示されている。フィルターディスク３の間の広めのスペースは、望ましくは金属製のスペーサー１０によって形成され、それぞれ対応する弾性エレメント８’の間に挿入されるようになっている。
【００２９】
図４には、複数のフィルターディスク３と弾性エレメント８の組合せが示されている。この場合、ネジ付きピン９を有するカラー部材が、このタイプのモジュールの開始位置と終端位置とに設けられ、フィルターディスク３や、弾性エレメント８、更には弾性エレメント８’や、それらの間の金属製スペーサー１０等をあらかじめ圧着状態にしてモジュール化しておき、このモジュールを上記カラー部材で保持するようになっている。そうすることによって、更に別のモジュールを装着することが容易になると共に、フィルターディスク３をより高精度に位置決めできる。これは、特に、もう１本のシャフト２’上に取り付けられたフィルターディスク３との間に一定の間隔を形成し、かつ、これらのディスクが接触することなく噛み合うように組み立てなければならない場合に極めて重要である。これによって得られるオーバーラップ構造により、乱流が生じ、この乱流がフィルターディスク３の表面を効率よく洗浄するものである。
【００３０】
図５には、本発明の変更実施例が示されており、この実施例においては、フィルターディスク３を取り付けたシャフト２が互いに近接して水平方向に複数本配列され、そのような構成ものが上下２段に重ねて設けられている。基本的には、このような組合せのフィルターを更に多段に設けることが可能である。各段のフィルターは、ケーシング１１内において、適度の開口１３を有する分離壁１２によって分けられている。その結果、異なった圧力比を確保でき、１つのケーシング内で最適の高い濃縮効率を得ることができる。この場合に、ケーシング１１をシャフトの中心軸に沿って分割可能なように構成すれば、クレーンを用いて装置を組み立てたり分解する作業が容易になるという利点も得られる。このような構成において、各シャフト２は、単一の駆動シャフト１５によりベルト１４，１４’を用いて各段ごとに一緒に駆動することができる。上記分離壁１２上の開口１３を、懸濁液の流入口及び流出口に対して適切な位置に配置するようにすれば、水流の短絡を防止することが可能となる。また、そうすることによって、所望の濾液を得ることも可能となる。
【００３１】
図６に示す実施例は、図５のものとほぼ同様の構成を有するが、シャフト２が単に１段にしか設けられていない点が異なっている。また、この実施例においては、ハウジング１１内の中空空間を低減するための内部マウンティング１６が、フィルターディスク３の外形輪郭にフィットするような形状に作製され、ケーシングの内壁に固定されている。原理的には、ケーシングの外形をフィルターディスクの輪郭に合わせるようにしても同様の効果が得られるものであるが、その場合には、ケーシングの製造が非常に複雑になってしまう。
【００３２】
図７には、ケーシング１１と、駆動シャフト１５及びベルト１４を備えた駆動力源（モーター）１７を有する組み立てられたフィルター装置１が示されている。この装置は更に、接線方向に取り付けられる未処理液供給口１８と、濾液排出口１９とを備えている。水平方向にのびる中心コアシャフト２は、濾液回収タンク２０内へ濾液を放出するようになっている。この濾液回収タンク２０は、耐圧構造となっており、懸濁液を加圧して供給し、排出できるようになっており、これにより背圧を設定することによって濾過効率を制御できるようになっている。また、真空を利用するようにすれば、最大濾過処理量を更に向上させることができる。更にまた、高圧を利用するようにすれば、濾液によってバックウォッシングを行うことができる。これは、フィルターの表面の洗浄効果を改善し、化学的クリーニング処理の間隔を引き延ばすことを可能にする。
【００３３】
図８には、本発明に係るフィルターディスク３が示されている。このディスクは、その中心部へ向かうチャンネル２１と、バー２２とを有しており、これによって懸濁液から濾過された液体（濾液）がチャンネル内を輸送されて、前記中心コアシャフト内へ排出されるようになっている。
【００３４】
図９に示すように、フィルターディスク３の表面に、フィルター媒体、例えば膜フォイル２３を設けることができる。フィルターディスク３のベースフレーム及び膜フォイル２３が、セラミック材で作製される場合には、これらを共に燒結融合させることによって製造できるという利点がある。フィルター媒体、例えば膜は、また、溶着若しくは接着剤によっても取り付けることができる。研磨性の媒体を処理する場合には、フィルターディスクの摩耗、特に外周エッジ部分の摩耗を最小限に抑えるために、望ましくは弾性ポリマー材料から成るビーズ材２４を設けるようにする。そうすることにより、このビーズ材２４が、研磨性の媒体を含む水流２５を、フィルターディスク３から離れる方向へ導き、これによりディスクの摩耗を回避することができる。
【００３５】
フィルターディスク３は、その厚みの中間位置における断面において、図１０に示すような構造とすることができる。この図においても、前記チャンネル２１及びバー２２が示されている。鋳造技術によってこのような形状を作製するために、本発明においては、残留物を全く残すことなく燃え尽きるワックス又は他の有機材料で作製されたコアを用い、このコアをチャンネルと同一の形状に作製し、フィルターディスクを鋳造する際に鋳型内にこれを挿入するようにすることが推奨される。これにより、チャンネルとなるべき部分は上記コアの形状によって正確に形づくられる。フィルターディスク３を燃やすと、この燃焼過程において上記コアは残留物を全く残すことなく燃え尽き、これによってチャンネルが形成される。図示したチャンネルの形状は単に一つの可能性を示すものに過ぎず、他の形状によっても、より好適な結果を得ることができる場合もある。本発明によるコアを用いることによって、他の方法では製造することのできない、より有利なチャンネルの形状を形成することも可能である。用いられるコアは、必ずしも単一のものに限られず、複数のコアを用いることによって更に異なったチャンネルの形状を形成することが可能である。
【００３６】
本発明は、図示した形態のものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
フィルター装置の一般的説明図である。
【図２】
本発明に係るフィルター装置の一実施例の要部説明図である。
【図３】
本発明に係るフィルター装置のもう一つの実施例の要部説明図である。
【図４】
本発明に係るフィルター装置の更にもう一つの実施例の要部説明図である。
【図５】
本発明に係るフィルター装置におけるシャフトの配置の一実施例を示す説明図である。
【図６】
ハウジング内に内部マウンティングを設けた本発明に係るフィルター装置の実施例を示す説明図である。
【図７】
本発明に係るフィルター装置の一実施例の全体図である。
【図８】
本発明に係るフィルターディスクの一実施例の説明図である。
【図９】
本発明に係るフィルターディスクの別の実施例の構造を示す断面図である。
【図１０】
本発明に係るフィルターディスクの一実施例の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ フィルター装置
２ シャフト（中心コアシャフト）
３ フィルターディスク
８，８’ 弾性エレメント
９ ネジ付きピン
１０ スペーサー
１１ ハウジング（ケーシング）
１２ 分離壁
１４ ベルト
１５ 駆動シャフト
１６ 内部マウンティング
１７ モーター（駆動力源）
１８ 未処理液供給口
１９ 濾液排出口
２０ 濾液回収タンク
２１ チャンネル
２２ バー
２３ 膜フォイル
２４ ビーズ材
２５ 水流

Claims (21)

1. 多孔性フィルター媒体を具備する複数のフィルターディスクをシャフト上に取り付け、これを回転せしめるよう構成されたフィルター装置において、上記シャフト（２）上に、個々のフィルターディスク（３）の間のスペーサーとして機能する弾性エレメント（８，８’）を取り付けたことを特徴とする上記のフィルター装置。
2. 上記弾性エレメント（８）が、単一部材として作製されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター装置。
3. 複数の弾性エレメント（８’）を、要所に金属製のスペーサー（１０）を介在させた状態で取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルター装置。
4. 複数のフィルターディスク（３）と弾性エレメント（８，８’）を、あらかじめ軸方向にまとめて重ね、圧着状態としておくことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一に記載のフィルター装置。
5. ５ないし２０枚、望ましくは１０ないし１５枚のフィルターディスク（３）をまとめて固定したことを特徴とする請求項４に記載のフィルター装置。
6. フィルターディスク（３）を取り付けた複数のシャフト（２）が同一高さに配列され、これらがベルト（１４，１４’）によって一緒に回転せしめられるよう構成されたことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一に記載のフィルター装置。
7. フィルターディスク（３）を取り付けた複数のシャフト（２）が同一高さに配列されたものが更に複数段に重ねて配置され、これらの各段間は、適度の開口（１３）を有する分離壁（１２）によって互いに分離された状態で、共通のハウジング（１１）内に収容されたことを特徴とする請求項６に記載のフィルター装置。
8. ハウジング（１１）内に上記フィルターディスク（３）の外形輪郭に適合する内部マウンティング（１６）が設けられ、これによりハウジング（１１）内の中空スペースが低減せしめられるよう構成されたことを特徴とする請求項６又は７に記載のフィルター装置。
9. 上記シャフト（２）の一端に、望ましくは耐圧構造の濾液回収タンク（２０）が設けられ、当該タンク内にすべての中心コアシャフト（２）からの濾液が回収されるよう構成されたことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一に記載のフィルター装置。
10. 未処理液がフィルターディスク（３）に対してその接線方向（１８）に沿って供給されるよう構成されたことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一に記載のフィルター装置。
11. フィルターディスク（３）を取り付けたシャフト（２）の回転速度が調整可能なように構成されたことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一に記載のフィルター装置。
12. フィルター装置（１）を、起動時には徐々に速度を上げ、停止時には徐々に速度を下げるよう制御する装置を設けたことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一に記載のフィルター装置。
13. 周波数コンバーターを有するモーター（１７）を備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のフィルター装置。
14. ターボカプリングを備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のフィルター装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか一に記載のフィルター装置に使用するためのフィルターディスクにおいて、保形フレーム上に、望ましくはワイヤ又は膜フォイルから成るフィルター媒体を取り付けたことを特徴とするフィルターディスク。
16. 上記保形フレームが、孔明きプレート、燒結金属、セラミック又は多孔性合成樹脂材料のいずれかにより作製されたことを特徴とする請求項１５に記載のフィルターディスク。
17. 上記膜フォイルが、セラミック又はポリマー材料から成ることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のフィルターディスク。
18. 上記フィルター媒体が、合成繊維若しくは金属ワイヤを織製して成るワイヤ織物、又は、プラスチックフォイル若しくは金属プレートに孔明け加工して成るスクリーンであることを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか一に記載のフィルターディスク。
19. 膜フォイル等の上記フィルター媒体が、上記保形フレームに対して溶着又は接着剤により取り付けられたことを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか一に記載のフィルターディスク。
20. フィルターディスク（３）の外周エッジに、弾性ポリマー材料等から成るビーズ材が取り付けられたことを特徴とする請求項１５から１８までのいずれか一に記載のフィルターディスク。
21. 上記保形フレームがセラミック材等の鋳造により作製され、その排水チャンネルが、鋳型内に挿入されたコアによって形づくられ、当該コアはこれを加熱、燃焼させることにより残留物を全く残すことなく消滅せしめられるよう構成されたことを特徴とする請求項１５から１９までのいずれか一に記載のフィルターディスク。