JP2004515343A - フロントモードで作動する中空繊維型フィルタの詰まり除去 - Google Patents

Abstract

本発明は、フロントモードで作動する中空繊維型フィルタの詰まり除去に関するものである。前記フィルタは、直立位置で中空繊維部（９）を保持するフィルタ本体（１）具備し、濾過されるべき液体は底部からフィルタ本体（１）の容量部内に導かれ、濾過液はフィルタ頂部から排出される。当該詰まり除去は、中空繊維部（９）へのガスの逆注入を含み、また、フィルタ本体（１）の容量部の詰まり除去用の液体の循環部とを具備し、前記液体循環は、フィルタ本体の頂部から底部に向けて行われる。

Description

【０００１】
本発明は、フロントモードで作動する中空繊維型フィルタの詰まり除去方法に関するものである。また、本発明は、前記方法を適用可能なフィルタリング装置にも関する。
【０００２】
本発明は、この種の固体／液体分離装置の性能を向上させることができる。
【０００３】
【従来の技術分野】
非常に小さな固体粒子を含有する懸濁液のフロント濾過（ｆｒｏｎｔａｌ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）では、十分な圧力下で、中空有機繊維の形態のフィルタリング媒体で固体／液体の分離を行って、繊維部の外側から前記繊維部の内側に向けて確実に液体を移送する。
【０００４】
フィルタ本体内に束状の繊維が並列に集められ、濾過液体の全てが一回の循環で元の状態に戻ることができるように配置される。他方、繊維部の外表面に堆積した固体物は、その蓄積によってヘッドロスとなり、濾過圧力が低下し、結果的に濾過液体の生成量が減少する地点に至るまで、残ったままとなる。濾過液体の生成量が、所定しきい値の下限に達すると、繊維部は詰まりを除去される必要がある。この詰まり除去は、繊維部表面から前記繊維部に堆積した粒子を取り除き、一般的な浄化システムでフィルタ本体から固体物を全て除去することができなければならない詰まり除去方法を適切に実行するために、固体／液体分離を停止する必要がある。詰まりを除去した繊維部は、固体／液体分離機能を取り戻すことができる。従って、これは、フィルタリング段階、詰まり除去段階およびフィルタ浄化段階を組み合わせた連続的な動作モードである。
【０００５】
中空有機繊維型フィルタは、２０年間以上も固体／液体分離のニーズを有する様々な分野で用いられている。当該フィルタの長所は、小規模で取付けられフィルタリング範囲が広いことである。
【０００６】
有機繊維には様々な材料（ＰＶＡまたはポリビニルアルコール、ＰＳまたはポリスルホン等）を利用することができ、以下の範囲の寸法で規定することにより形成される。
−外径：０．３〜３ｍｍ
−内径：０．１５〜２ｍｍ
−最長数ｍまでの、必要に応じた長さ
【０００７】
当該繊維は、同じ長さを有する群状または束状の数千本の繊維の集合である。繊維部は一端が保持され、他方の自由端は閉塞されている。また、当該繊維部は、両端の自由端側で保持されることも可能である。繊維部の２端は反対側に位置する（一直線状の繊維）か、同一レベルに位置する（Ｕ状の繊維）。
【０００８】
当該繊維は、多孔性（孔径ｄｐ）で、処理すべき流体内の最小粒子を完全に捕捉することができる（通常ｄｐは０．１μｍ以上である）。液状の媒体では、「沸点圧力」の大きさによって該繊維がこの平均寸法ｄｐに達することが可能となり、ｄｐが低いほど、沸点気圧は高い。
【０００９】
群状または束状の繊維は、濾過されるべき流体圧力（３バール以下）下で頂部または底部から入れることができる適当なケーシングまたはフィルタ本体内で、別個または並列に束ねられる。また、フィルタ本体は、濾過流体を確実に排出することもでき、設計時に、濾過されるべき流体の入路および濾過流体の排出路の全体的な境界をフィルタ本体に設けることを理解されたい。
【００１０】
濾過液体生成のための所定の下方設定点で、繊維表面から固体粒子を解放させるのに充分な時間濾過液体を逆注入、または、同等の時間加圧ガスを逆注入（米国特許第４５４０４９０号参照）することによりこの種のフィルタ詰まりの除去を行う。逆注入とは、機械的圧力作用で繊維の内側から繊維の外側に向けて通常の濾過方向と逆方向に液体またはガス流体が短時間循環することを意味する。液体を逆注入する場合、前記圧力は低くても中程度でも高くてもよい。ガス（空気または窒素等）を逆注入する場合、前記圧力は孔径ｄｐにより定まる繊維の沸点圧力より大きくなければならない。
【００１１】
ガスの逆注入により詰まり除去を行う方法で、フィルタ本体を直立させると、液体段階で繊維表面から位置ずれした固形物を含有する繊維の外表面上に気泡が上昇する。詰まり除去段階後の、フィルタ本体に含有された固体／液体混合物の浄化は、フィルタ本体を直立させ、前記繊維の上方部だけがフィルタ本体に保持され下方部が自由となるように繊維を構成すると有利である。この種の浄化は、他の構成においては不利である。
【００１２】
前記詰まり除去方法は、低頻度で最小時間実行されるものであるのと同時に、繊維に堆積した固形物を最大限除去するものでなければならない。さもないと、生産性の低下および次々と堆積される残留物の詰まりが発生し当該繊維を長時間化学洗浄することが必要となるからである。この種の化学洗浄は、制限的であり第２の廃液が生じる。目安として、該洗浄は、一日に一度は行わなければならない。よって、（特定のパラメータによる）濾過および逆注入による詰まり除去は、オペレータが有するスキルで適切に調節されなければならない。
【００１３】
繊維表面粒子の固着は、多数の要因により生じる。特に、以下にその要素を列挙する。
−粒子の特性および繊維の特性（粒子−表面間の相互作用）
−粒子を含有する液体の塩分を含んだ成分（繊維に粒子を固着させるのに有利な低塩分濃度）または同じ液体の固有の化学特性（ｐＨ））
−濾過の機械的圧力（高圧によって粒子は有利に多孔性繊維へ堆積または浸透する）
【００１４】
同じ要因に依拠する粒子の第１層に付加的な粒子が固着すると「ケーキ」型構造となる。
【００１５】
粒子または繊維表面に堆積した粒子または前記ケーキの除去は、繊維表面と粒子の第１層との間に生じる多くの機械的作用の結果であり、液体またはガス流体の強制路により、次いで後者の場合の束状繊維内の気泡の上昇により誘発される。
【００１６】
高速で浄化し繊維レベルでの運動自由度が増すほど、浄化中の粒子の除去またはケーキの離散がより能率的に行われる。
【００１７】
【発明の説明】
本発明は、中空繊維表面に堆積した粒子またはケーキを非常に能率的で素早く除去するために考えられたものである。
【００１８】
本発明の目的は、フロントモードで作動する中空繊維型フィルタの詰まり除去方法である。前記フィルタは、直立位置で中空繊維を保持するフィルタ本体を具備し、濾過されるべき液体は底部からフィルタ本体の容量部に導かれ、濾過液はフィルタ頂部から排出され、当該詰まり除去方法は中空繊維部へのガスの逆注入を含み、また、フィルタ本体の容量部に詰まり除去用の液体の循環部を具備し、前記液体循環は、フィルタ本体の頂部から底部に向けて行われることを特徴とする。
【００１９】
有利には、前記詰まり除去用の液体の循環とは、フィルタ本体に平行に接続された循環部によって、フィルタ本体に残っている濾過されるべき液体を循環させることである。
【００２０】
詰まり除去用の液体は、中空繊維部に逆注入される気泡の力により仮洗流可能な流速で循環することができる。
【００２１】
好ましくは、詰まり除去段階は、最小濾過流速度の設定点および濾過液の最大堆積容量の設定点の中から選択された所定の設定点に達するまで継続する。
【００２２】
ある特定の実施形態によると、詰まり除去段階は：
濾過されるべき液体のフィルタ本体への導入を遮断するステップと、
次いでフィルタの頂部から外圧を加えるステップと、
次いで沸点圧力より高圧で中空繊維部にガスを逆注入するステップと、
同時に詰まり除去用の液体を循環させるステップとを有する。
【００２３】
逆注入されたガスは、空気、窒素および他の中性ガスの中から選択することができる。
【００２４】
有利には、当該方法は、フィルタ本体を空にする補足的な最終ステップを具備する。
【００２５】
本発明の別の目的は、フロントモードで作動する中空繊維型フィルタを具備するフィルタリング装置である。前記フィルタは、直立位置で中空繊維部を保持するフィルタ本体を具備する。当該フィルタ本体は、濾過されるべき液体をフィルタ本体の容量部へ導入する手段を具備する。前記導入手段は、フィルタ本体の底部に配設される。前記フィルタは、フィルタ本体の頂部に、濾過液の排出および詰まり除去用ガスの逆注入手段を具備し、当該装置は中空繊維部の詰まり除去のための循環部を具備し、前記循環部は、詰まり除去用の液体をフィルタ本体の容量部の頂部に導入し該フィルタ本体の底部から排出できることを特徴とする。
【００２６】
好ましくは、中空繊維部は、その上端部だけで保持されている。
【００２７】
当該フィルタ本体は、フィルタ本体の容量部内で濾過されるべき液体を分配することができる流体分離装置を具備する。こういった流体分離装置は、束状の繊維を部分的に「傘状に」開口させるという利点を有し、これは、繊維部に導かれる液体を均等に分配するのに有利であり、粒子が複数の周辺繊維部に局所的に堆積するのを防止する。
【００２８】
好ましくは、詰まり除去のための循環部は、フィルタ本体に平行に接続され、詰まり除去段階中にフィルタ本体内に残っている濾過されるべき液体を循環させることができる循環部である。前記詰まり除去のための循環部は、例えば、ダイヤフラム型等の開閉式バルブと、遠心分離式、蠕動式および渦形式ポンプの中から選択可能なポンプとを具備することができる。
【００２９】
本発明は、制限的でない実施例、および添付図を参照して示された以下の詳細な説明を熟読することで明確に理解され、他の長所および特定の特徴が明らかとなる。
【００３０】
【本発明の実施形態の詳細な説明】
図１に示したフィルタリング装置は、端部で密封された垂直円筒形のフィルタ本体１を具備する。その下端部は、濾過されるべき液体を誘導するパイプ３に接続された開口部２を具備する。その上端部は、濾過液を排出するためのパイプ５に接続された開口部４を具備する。前記パイプ５はバルブ１７を具備する。前記バルブ１７と排出用開口部４との間にはバルブ１９を具備したパイプ１８が前記パイプ５に接続されている。
【００３１】
フィルタ本体１の上方部にはプレート６が設けられており、該プレートはフィルタ本体を、排出用開口部４に連絡する排出チャンバ７と、フィルタ本体の容量部と称されるより広い部分８とに分離する。前記プレート６は、束状の中空繊維部９を保持しているが、ここでは数本のみが図示されている。該繊維部は下端部で閉塞されている。前記中空繊維部の外表面は濾過されるべき液体と接しており、当該液体は、入力バルブ１０を開放するとフィルタ本体の容量部８内に導かれる。前記中空繊維部９の内部は排出チャンバ７とつながっている。
【００３２】
フィルタ本体１の下部は、前記中空繊維部９に均一な液体流を供給する流体分離装置１１を具備する。前記繊維部は、柔軟性があり上端のみが保持されるので、濾過されるべき液体の流れが束状の繊維部を部分的に「傘状に」開口させる。
【００３３】
本発明によるフィルタは、さらに、フィルタ本体に平行に接続された循環部を具備する。前記循環部は、原則的に、開口部２と入力バルブ１０の間に濾過されるべき液体を誘導するパイプ３に下方部が接続されたパイプ１２を具備する。パイプ１２の上方部は、プレート６の下部近傍でフィルタ本体１に接続される。前記パイプ１２には、ポンプ１３とバルブ１４が具備される。前記ポンプ１３は、遠心分離式、蠕動式および渦形式ポンプであってよい。バルブ１４は、例えば、ダイヤフラム型バルブである。
【００３４】
バルブ１６が具備された通風管１５は、フィルタ本体１の上方部に、プレート６の下部近傍で接続される。
【００３５】
フィルタリング段階では、ポンプ１３が停止され、バルブ１４、１６および１９が閉鎖される。バルブ１０が開放されると、濾過されるべき液体はパイプ３からフィルタ本体１内に導かれる。前記中空繊維部９内から搬送される濾過液は、排出チャンバ７内に送り込まれパイプ５から排出される。
【００３６】
前記中空繊維部の詰まりを除去するオーダーは、２つの特定の設定点：最小濾過流速度の設定点または濾過液の堆積量の設定点に帰属することができる。この第２番目の設定点はフィルタリング範囲のユニット毎に堆積固体量を調節することができる。
【００３７】
詰まり除去の設定点の一方または他方は：
バルブ１０の閉鎖による、濾過されるべき液体の流入の遮断、
バルブ１７の閉鎖、
バルブ１６の開放による、フィルタ本体の通気口の開放、
パイプ１８とパイプ５の開口部４の接続部分とを介して沸点圧力よりも若干高圧でガス（空気または窒素）を逆注入するための、バルブ１９の開放、
フィルタ本体１の流体の廃棄容量を再循環するための、バルブ１４の開放およびポンプ１３の始動、につながる。
【００３８】
ガスの逆注入および流体の再循環の２つの動作がうまく同時に作用する。
【００３９】
液体−固体−ガスの混合体の循環は、フィルタ本体およびバイパス循環部で行われる。ポンプ１３によって、フィルタ本体の繊維部の位置（レベル）で約４〜５ｃｍ／ｓの液体および固体の平均降下速度を得ることができる。フィルタ本体の中空繊維部の位置（レベル）で気泡の位置ずれが起こり、該起泡は泡の大きさに応じて一時的に上昇または下降する。自由粒子と繊維部表面に固着した粒子との間には相互粒子摩擦または衝突が存在する。流体を様々に循環させた結果、両粒子間で繊維部の攪拌作用が生じる。
【００４０】
相互粒子摩擦作用で液体および／またはガスによる様々な反作力（または勾配）作用が生じ繊維表面から粒子が一層解放される結果となる。
【００４１】
十分な詰まり除去時間（数分）経過後、フィルタ本体を空にして当業者が周知の状態でフィルタ本体を浄化する。フィルタ本体を濾過されるべき液体で充填した後、フィルタリング段階が再開される。
上述した従来の詰まり除去技術と比較して、本発明によると、化学的な詰まり除去の頻度を一日から一週間程度延長することが可能となり、本発明の効果は明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、フィルタリング段階における、本発明によるフィルタリング装置の縦断面図である。
【図２】図２は、詰まり除去段階における、図１と同一のフィルタリング装置の縦断面図である。

Claims (15)

1. フロントモードで作動する中空繊維型フィルタの詰まり除去方法であって、当該フィルタは、直立位置で中空繊維部（９）を保持するフィルタ本体（１）を具備し、濾過されるべき液体は底部から前記フィルタ本体（１）の容量部に導かれ、濾過液は当該フィルタの頂部から排出され、当該詰まり除去方法は中空繊維部（９）へのガスの逆注入を含み、フィルタ本体（１）の容量部に詰まり除去用の液体の循環部を具備し、前記液体循環がフィルタ本体の頂部から底部に向けて行われることを特徴とする方法。
2. 詰まり除去用の液体の前記循環は、フィルタ本体に平行に接続された循環部（１２）によりフィルタ本体（１）に残っている濾過されるべき液体を循環させることであることを特徴とする請求項１に記載の詰まり除去方法。
3. 詰まり除去用の液体が、中空繊維部（９）に逆注入された気泡によって一時的に洗流可能な流速度で循環することを特徴とする請求項１に記載の詰まり除去方法。
4. 詰まり除去段階は、最小濾過流速度の設定点および濾過液の蓄積容量の設定点の中から選択された所定の設定点に達するまで継続することを特徴とする請求項１に記載の詰まり除去方法。
5. 詰まり除去段階が：
   濾過されるべき液体のフィルタ本体（１）への導入を遮断するステップと、
   次いでフィルタの頂部から外圧を加えるステップと、
   次いで沸点圧力より高圧で中空繊維部（９）にガスを逆注入するステップと、
   それと同時に詰まり除去用の液体を循環させるステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記逆注入されたガスは、空気、窒素および他の中性ガスの中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の詰まり除去方法。
7. フィルタ本体（１）を空にする補足的な最終ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. フロントモードで作動する中空繊維型フィルタを具備するフィルタリング装置であって、前記フィルタは直立位置で中空繊維部（９）を保持するフィルタ本体（１）を具備し、該フィルタ本体（１）は濾過されるべき液体をフィルタ本体（１）の容量部へ導入する手段（２）を具備し、前記導入手段（２）はフィルタ本体（１）の底部に配設され、当該フィルタは、フィルタ本体（１）の頂部に配設された、濾過液の排出および詰まり除去用ガスの逆注入手段（４）を具備し、当該装置が、中空繊維部（９）の詰まり除去のための循環部（１２）を具備し、前記循環部が、詰まり除去用の液体をフィルタ本体（１）の容量部の頂部に導入しフィルタ本体の底部から排出することができることを特徴とするフィルタリング装置。
9. 中空繊維（９）がその上端だけで保持されていることを特徴とする請求項８に記載のフィルタリング装置。
10. フィルタ本体（１）が、フィルタ本体の容量部内に濾過されるべき液体を分配可能な流体分離装置（１１）を具備することを特徴とする請求項８に記載のフィルタリング装置。
11. フィルタ本体（１）の頂部が通気口に接続されることを特徴とする請求項８に記載のフィルタリング装置。
12. 詰まり除去のための循環部が、フィルタ本体（１）に平行に接続され、詰まり除去段階でフィルタ本体（１）に残っている濾過されるべき液体を循環させることができる循環部（１２）であることを特徴とする請求項８に記載のフィルタリング装置。
13. 詰まり除去のための循環部が、開閉式バルブ（１４）とポンプ（１３）とを具備することを特徴とする請求項１２に記載のフィルタリング装置。
14. 前記ポンプ（１３）が、遠心分離式、蠕動式および渦形式ポンプの中から選択されることを特徴とする請求項１３に記載のフィルタリング装置。
15. 前記バルブ（１４）が、ダイヤフラム型バルブであることを特徴とする請求項１３に記載のフィルタリング装置。

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