JP2005537927A - フィルタプレート - Google Patents

Abstract

本発明は、吸気乾燥装置、とくに毛管フィルタに用いる微細多孔フィルタプレートであって、平均穿孔寸法が約１マイクロメートルの膜と、この膜を上に配置した基板と、フィルタプレートの内部に濾液用および逆洗液用の凹部を備えた逃げ溝領域とを含むものに関する。本発明によれば、フィルタプレートの内部の逃げ溝に支持用要素が設けられ、その最長寸法と最短寸法の比は、フィルタプレートの濾面に平行な断面において最大限度1.5であり、液体が実質的に同時にかつ容易に全方向へ流れることができる、さらにフィルタプレートの構体が圧力ピークによる応力に耐えることができる。

Description

詳細な説明

本発明は、吸気乾燥装置、とくに毛管フィルタにおいて用いられる微細多孔性フィルタプレートに関するものである。本フィルタプレートはとくに耐圧力衝撃性を改良したものである。

米国特許第4,863,656号は、微細多孔性プレートの製造方法と、その方法から得られるフィルタプレートと、このようなフィルタプレートを利用した吸気乾燥装置とに関連し、これらを開示している。この米国特許第4863656号のフィルタプレートは一対の相対する吸気壁を有し、これらの間に内部空間が画成され、この中に粒状材料が満たされている。この吸気乾燥装置は上記フィルタプレートのうちの少なくとも１つを有し、これを脱水される材料のはいっているベイスン等に出入りさせるように取り付けている。一実施例において、この吸気乾燥装置は複数のフィルタプレートを有し、これらは回転軸の周囲に円形配列状態に取り付けられている。各プレートの吸気壁に対して負圧が加えられ、それによって水もしくは他の液体が被脱水材料から吸気壁を通してフィルタプレート内の内部空間へ吸い込まれ、次いで負圧によってこのプレート構体の外へ引き出される。

米国特許第5,178,777号は、濾過ケーク生成の際、液体をフィルタエレメントの濾面を通して吸引する場合に毛管面からその濾過ケークを除去する方法に関するものである。この米国特許第5,178,777号では、フィルタエレメントの濾面上にフィルタエレメントを通して逆圧を与えることによって液体膜を生成し、フィルタプレートに対して逆洗効果を及ぼしている。実質的にこの液体膜の生成直後に、少なくとも気体を一回フィルタエレメントの濾面に対して吹き付けて、濾面にある濾過ケークを脱離させる。

毛管フィルタにおいて用いられる微細多孔フィルタプレートは、ケーク発生および乾燥の期間中の約0.1 絶対バールから逆洗期間中の約2.0 絶対バールへの継続的な圧力変化に耐えるように設計されている。このようなプレートは、毎回この圧力変化に、すなわち毎年約50万回の圧力衝撃に耐えられるようにする必要がある。したがって、微細多孔フィルタプレートの力を極度に強くして、このプレートがかなり厳しい環境において長年耐えるようにしなければならないことは、明らかである。

2.0 絶対バールの逆圧は、多孔フィルタプレートが耐えるには高過ぎる圧力とは思えない。それでもやはり、逆洗圧に設定されているものよりはるかに高い圧力をプレートが受けることが分かっている。これは、真空モードから逆洗モードへ切り替える場合の膨張気体の収縮によるものである。奔流する水によってプレートの内側に水撃作用を生じ、それによって10バール、ときにはそれ以上の短期圧力ピークを生じることがある。強度要件に加えて、液体の最適化には、圧力低下を最小限にする内部基板構造が必要である。これは、ケーク生成段階にとくに重要であるが、逆洗期間中にも、とくに重要である。逆洗が不十分であると、フィルタプレートが非常に早く目詰まりし、それによってフィルタの能力が低下する。さらに、フィルタプレートが目詰まりすると、流れ抵抗が大きくなり、損傷を与える圧力衝撃の危険が増大する。

毛管フィルタに用いられるフィルタプレートは、有利には、平均穿孔サイズ約１マイクロメートルの膜と、平均穿孔サイズ10マイクロメートルの基板と、濾液／逆洗流路と、濾液／逆洗出入口と、濾過装置へフィルタプレートを取り付ける取付け穴／ハブとを含んでいる。この構体は、濾液除去能力および逆洗能力の両方の点で十分な強度および良好な流れ特性を有している。しかし、大きな圧力のピークを受ける条件の場合、最適な流れ特性とともに、より高い強度の構造が必要である。流れの設計を最適化しないと、フィルタプレートの内側に不均一な圧力分布が生じる。最大2バールの逆洗圧に設計および最適化された構体は、圧力ピークを生ずる条件下では、うまく働かず、この圧力によってプレートが裂けるほど高い応力がプレートに生じてしまう。

本発明は従来技術のいくつかの欠点を解消し、吸気乾燥装置、とくに毛管フィルタにおいて用いられるフィルタプレートの改良、すなわち連続する圧力衝撃に耐える必要があり良好な流れ特性を維持するフィルタプレートを達成することを目的とする。本発明の主たる構成要件は添付の請求の範囲に記載する。

吸気乾燥装置、とくに毛管フィルタに用いられる本発明のフィルタプレートは平均穿孔寸法約１マイクロメートルの膜と、この膜を上に載せた基板とを含んでいる。このフィルタプレートの内部には、濾液用および逆洗液用の凹部を有する逃げ溝領域がある。フィルタプレートにはさらに、濾液用および逆洗液用の少なくとも１つの出口もしくは入口と、フィルタプレートを吸気乾燥装置自体へ取り付ける取付け穴またはハブが設けられている。本発明によるフィルタプレート内側の逃げ溝領域には支持用要素が設けられ、これらを基板の一部として、もしくは別個の要素としてよい。これらの支持用要素の配置によって、濾過された固定材料から分離された液体、もしくは逆洗に用いられた濾液を実質的に同時に、しかも容易にすべての方向に、例えば水平および垂直の両方に流すことができる一方、支持用要素の位置は、圧力ピークで生じる応力にフィルタプレートの構体が耐えられるように決められる。さらに、上記基板材は従来技術よりも粗く、多孔性であり、したがって、濾過した固形材から分離された液体がこの基板材の内側を容易に流れる。このように流れ抵抗が最小化されるので、圧力ピークが小さくなり、本発明のフィルタプレートが耐性を増す。

フィルタプレートの逃げ溝領域における支持用要素の位置を考えると、液体の流れにとって理想的な状況は内部の完全開放であり、強度にとって理想的な状況は内部の完全密閉である。一方、流体には開放空間が必要であり、他方、応力抵抗には逃げ溝空間の壁の間に支持用要素が必要であり、支持用要素の形と量は、支持用要素の合計面積を十分に設計することによって、さらに支持用要素間に十分に小さな間隔を用いることによって最適化される。

本発明による支持用要素は、基板の引張り強度が10〜40MPaおよび基板の厚さが10ないし15ミリメートル（逃げ溝領域の各側）では、逃げ溝領域の全面積の10ないし50%、有利には15ないし30%に相当する。さらに、これらの支持用要素は、同じ10〜40MPaの引張り強度および同じ10ないし15ミリメートルの材料厚で、支持用要素間の間隔が高内部圧力に耐え、さらに、一方の支持用要素から他方の支持用要素まで最大75ミリメートルになるように配置する。膜の材料特性を変えると、支持用要素の量および一方の支持用要素から他方の支持用要素までの距離もそれに応じて変わることは、明らかである。

支持用要素の位置および形は、したがって、本発明のフィルタプレートの内側で応力直線線を有利に回避するようにする。これは、支持用要素の配置によって、および支持用要素の寸法および形を変化させることによって達成する。これらの支持用要素は、どのような形でもよく、望ましくは円形もしくは楕円形でよいが、いずれの場合も、最長間隔と最短間隔の比は、フィルタプレートの濾面に平行な断面において最大1.5である。逃げ溝領域の周囲の縁部は、どのような形でもよいが、望ましくは何らかの応力線を妨げる曲状がよい。支持用要素の望ましい１つの形状は、円形のボタンである。

本発明のフィルタプレートにおける圧力ピークをさらに回避するために、フィルタプレートの基板材料は、従来技術より粗く、および／またはもっと多孔性にして、基板の内側で基板の内部から逃げ溝領域へ、さらにその逃げ溝領域自体の中へ流出する方向に、液体が容易に流れるようにする。この基板は粒子を含み、基板中の平均穿孔寸法は、5ないし90マイクロメートル、望ましくは10ないし50マイクロメートルである。気孔率の範囲は、基板の全容積の25〜80%、望ましくは40〜50%である。

本発明のフィルタプレートの膜および基板は、有利には同一の材料で作られるが、粒子の大きさだけは異なる。膜および基板を異なる材料で作ることもできる。本発明のフィルタプレートは望ましくは、アルミナ、炭化珪素、シリカ、チタニア、酸化ジルコニウムおよび酸化クロムなどの燒結、もしくはガラス結合したセラミック材のうちの少なくとも１つで作られる。黒鉛、非晶質炭素、燒結金属類、プラスチックおよびセルロースなどの他の材料も適用することができる。さらに、本発明のフィルタプレートを従来の真空円板フィルタに適用することもできる。

次に、添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図１および２によれば、フィルタプレート１には、吸気乾燥装置（図示せず）へ取り付ける取付け穴２が設けられている。フィルタプレート１にはさらに出口３が設けられ、これを通して濾液がフィルタプレート１の内部４から除去される。フィルタプレート１において濾過自体に用いられる領域は、平均穿孔寸法が約１マイクロメートルの膜５と、この膜５をその上に配置する基板６とを含んでいる。この基板６は、その内部に逃げ溝７を有し、これらの逃げ溝間には支持用要素８が配置されている。支持用要素８は基板６と同一の材料で作られ、これらの支持用要素８はフィルタプレート１の濾面に対して平行な断面10が円形のボタンの形をしている。

本発明のフィルタプレート１を濾過工程で使用すると、濾液は多孔膜５から基板６へ、さらにこの基板６の穿孔から内部４へ流入する。濾液はさらに、逃げ溝領域７から出口３へ流れる。

図１には、いくつかの応力線９も示され、これらの応力線が少なくとも一方の支持用要素８を通過するが故に応力直線線を妨げる支持用要素の位置を示す。

図３および図４によれば、本発明のフィルタプレート21には、吸気乾燥装置（図示せず）へ取り付ける取付け穴22が設けてられている。フィルタプレート21にはさらに出口23がをけられ、これを通して濾液がフィルタプレート21の内部24から除去される。フィルタプレート21において濾過自体に用いられる領域は、平均穿孔寸法が約１マイクロメートルの膜25と、その上に膜25を配置する基板26とを含んでいる。この基板26はその内部に逃げ溝領域27を有し、これらの逃げ溝領域27間には支持用要素28が配置されている。これらの支持用要素27は、一部は円形ボタンの形をなしているが、支持用要素28の大部分はさまざまな種類の形をなしている。

本発明のフィルタプレート21を濾過工程で使用すると、濾液は図１の実施例に関する上述の説明と同様にしてフィルタプレート21から流出する。

本発明の一好適実施例の部分分割側面図である。 図１の実施例を方向A-Aから部分的に見た図である。 本発明の他の好適実施例の部分分割側面図である。 図２の実施例を方向B-Bから部分的に見た図である。

Claims (18)

1. 吸気乾燥装置、とくに毛管フィルタに用いる微細多孔フィルタプレートであって、平均穿孔寸法が約１マイクロメートルの膜と、該膜を上に配置する基板と、該フィルタプレートの内部に濾液用および逆洗液用の凹部を備えた逃げ溝領域とを含み、さらに該濾液用および逆洗液出口／入口用の少なくとも１つの出口もしくは入口、および前記吸気乾燥装置へ該フィルタプレートを取り付ける取付け穴もしくはハブが設けられたフィルタプレートにおいて、該フィルタプレートの内部の前記逃げ溝領域には支持用要素が設けられ、該フィルタプレートの濾過面に平行な断面における最長寸法と最短寸法の比が最大1.5であり、液体を実質的に同時に容易に全方向へ流すことができ、さらに該フィルタプレートの構体が圧力ピークによる応力に耐えられることを特徴とするフィルタプレート。
2. 請求項１に記載のフィルタプレートにおいて、前記逃げ溝領域の支持用要素は、該逃げ溝領域の全面積の10ないし50%、有利には15ないし30%に相当することを特徴とするフィルタプレート。
3. 請求項１または２に記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は、該支持用要素間の一の支持用要素の縁端部から他の支持用要素の縁端部までの距離が最大限度75ミリメートルに配置されていることを特徴とするフィルタプレート。
4. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は曲状形であることを特徴とするフィルタプレート。
5. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は円形ボタンの形状であることを特徴とするフィルタプレート。
6. 前記請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は、角のある形状であることを特徴とするフィルタプレート。
7. 請求項６に記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は方形であることを特徴とするフィルタプレート。
8. 請求項６に記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は三角形であることを特徴とするフィルタプレート。
9. 請求項６に記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は六角形であることを特徴とするフィルタプレート。
10. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記支持用要素は前記基板の一部であることを特徴とするフィルタプレート。
11. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、該基板の平均穿孔寸法は、５ないし90マイクロメートルに、望ましくは10ないし60マイクロメートルであることを特徴とするフィルタプレート。
12. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記基板の気孔率の範囲は、該基板の全容量の25〜80%、望ましくは40〜50%であることを特徴とするフィルタプレート。
13. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記膜および前記基板は、同じ材料で作られていることを特徴とするフィルタプレート。
14. 前記請求項１ないし12のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、前記膜および前記基板は、異なる材料で作られていることを特徴とするフィルタプレート。
15. 前記請求項のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、該フィルタプレートの製造に、少なくとも１つのセラミック材を用いることを特徴とするフィルタプレート。
16. 前記請求項１ないし14のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、該フィルタプレートの製造に、少なくとも１つの燒結金属を用いることを特徴とするフィルタプレート。
17. 前記請求項１ないし14のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、該フィルタプレートの製造に、少なくとも１つのプラスチック材を用いることを特徴とするフィルタプレート。
18. 前記請求項１ないし14のいずれかに記載のフィルタプレートにおいて、該フィルタの製造に、少なくとも１つの炭素系材料を用いることを特徴とするフィルタプレート。
    

Images