JP2009507635A - 浄化フィルタ - Google Patents

Abstract

浄化フィルタは、カートリッジ式のフィルタ本体（１０）内の取り外し可能なハウジング（１４）内に浄化材料（１５）である大量の活性化したビーズ状または繊維状の粒子を収納し、このフィルタ本体（１０）は、浸透可能な仮底の下方における空間（１７）に達する軸線方向に延びる注入口（２１）を有し、液体が物質（１５）を通って上方に浸透し、浄化された液体はチャンバ（１４）を包囲する環状空間（１１）を経て流出する。

Description

本発明は浄化フィルタの構造に関するものであり、液状媒体から汚染物質を除去する、例えば水から重金属を回収するのに使用する。

このような汚染物質は、繊維またはマイクロカプセルのような微細に分割された形状の浄化材料に接触させることによって除去することができる。

このような材料の微細分割された性質は、これを取り扱う際に実用上の問題を生じ、ビーズ等は静電気を帯電して格納容器、および管またはダクトの壁のような表面に付着するため、洗浄中、および飽和したビーズを未使用の十分活性化したビーズと交換する間に、すべての消耗した材料を確実に除去することは困難である。

現在、活性化したビーズを、重金属汚染物質を含む液体に直接触れさせ、重金属汚染物質を粒子に吸着させることにより水から重金属汚染物質を除去する。この後、これら粒子は、ビーズや繊維を保持するが液体は通すメッシュサイズを有するフィルタまたはストレーナに液体を通すことにより、回収される。

本発明の目的は、ビーズまたは他の浄化粒子を、容易に容器に導入し、また液体流れから除去できるように収納し、したがって、粒子を信頼性高くかつ確実に封入して取り扱いを容易にし、しかも粒子を液体の流れに接触させて、粒子が流体の流れから汚染物質を効果的に浄化できるように配置する構成を得るにある。

ビーズまたは他の浄化粒子は汚染物質を除去する容量が限定されているため、すべての粒子の容量を確実に最大限に使うことが望ましい。エアポケットまたは乾燥領域は、金属を吸収しないビーズを含み、ビーズが不動状態にされない場合、ビーズの軽量で帯電防止的性質のため液体に浮遊する傾向があり、やはり浄化容量が最大限に使われない、ようになる。それゆえ、本発明の好ましい他の目的は、浄化媒体を通過する均一な液体の流れを得ることにより、液体との最大限の接触を確保することである。

本発明によれば、浄化媒体を収納する壁と、この浄化媒体に液状媒体を流すことができる入口および出口手段とを備えるカートリッジ内に浄化媒体を収納する。

浄化媒体は、好ましくは微細に分割した、例えばビーズまたは繊維の形式とした活性化材料とし、この活性化材料に、例えば特許文献１（国際公開第２００５／０１６５１０号）に記載されているように、材料に対して化学的に結合することによって重金属を液状媒体から取り除く触媒および／または液体を組み込む、または、特許文献２（国際公開第０２／３３１３５号）に記載されているように、一個以上のモノマーを放射線グラフト重合によって官能化したポリオレフィンのようなポリマーの繊維とし、金属をこのポリマーに結合することによって重金属を液状媒体から取り除く。
国際公開第２００５／０１６５１０号パンフレット 国際公開第０２／３３１３５号パンフレット

構造的には、このカートリッジは、液体または気体の流れから固体をろ過する普通のカートリッジフィルタに類似するものとすることができる。好ましい実施形態では、カートリッジは、多量の浄化媒体を保持する円筒状のチャンバを有する構成とする。この円筒状のチャンバは、カートリッジの境界壁から離れた外壁であって、チャンバ外側における流れを生ずる環状断面の空間を生ずる該外壁と、液体をチャンバから環状空間に流れることを可能にする手段を有する構成とする。また、チャンバ、軸線に沿って下方に延在した前記チャンバの下側の空間に開口する中心管を有し、チャンバの下側空間は、仮底によってチャンバから分離し、この仮底は、チャンバ内を液体が上昇できる拡散フィルタを有し、この拡散フィルタは、チャンバ内の浄化媒体を保持する孔寸法またはメッシュサイズを有し、メッシュまたは焼結多孔性部材を有するものとする。この仮底は、チャンバを一様に通り抜ける前に、浄化材料のチャンバの下側で液体を集めることによって、本発明の好ましい目的を達成するために役立つ。

カートリッジの上端部に漏斗状部材を形成し、この漏斗状部材によって、液体を中心管に指向させ、仮底の下側の空間に流入させる構成とする。

圧縮メッシュをチャンバ内の浄化媒体の頂部に設け、またばねによって浄化媒体に接触するよう押圧し、ばねの他方の端部を漏斗状部材の内面に着座させる構成とすることができる。

漏斗状部材と、フィルタメッシュによってカバーし、このフィルタメッシュを経て液体が前記漏斗状部材内に流入し、フィルタメッシュは、浄化チャンバに流入する前に液体から固体を除去するストレーナとして作用するものとする。

本発明による浄化フィルタの例示としての実施形態を、添付図面につき説明する。

図１に示すように、浄化フィルタの第１実施形態は、一般に流体の流れから微粒子を除去するために使われるカートリッジタイプのフィルタに、ほぼ類似する。

このフィルタ構造は、円筒状の外壁１０を有し、この外壁１０は、底部を環状のオリフィス１２で開口し、かつ頂部を、シール材、例えばリングシール１３で閉鎖した、環状断面を有する空間１１を有する。

（すべての位置に関する記述は、図面に示す向きを基準とし、保管または使用時のフィルタの位置関係である必要はない。）

より薄い円筒状の第２の壁１４は外壁１０と同軸状に設け、空間１１のための内側境界、およびフィルタ容積の主要部分を占める浄化チャンバ１５の外壁を画定する。チャンバ１５は仮底１６を有し、この仮底１６は、チャンバ１５内の浄化媒体を保持しつつ、チャンバ１５の真の底１８と仮底１６との間における空間１７から、仮底１６を通って液体を上へ浸透させることができる大きさの微細孔またはメッシュの特徴を有する、例えば焼結させられた熱可塑性粒子のディスクまたはメッシュなどの、拡散フィルタ素子によって構成する。

管１９はチャンバ１５の頂部から空間１７に軸線方向下方に通過する。チャンバ１５の頂部は、漏斗形状の浅く下向に指向する円錐状の壁２０によって画定し、この壁２０の中心開孔２１は管１９に連通する。

漏斗状の壁２０は、液状媒体を管１９に流し込み、またフィルタメッシュ２２によってカバーし、このフィルタメッシュ２２は、液体がフィルタカートリッジ構造に流入する前にこの液体から固体粒子を取り除くストレーナをなす。

仮底１６と緩やかなドーム状のメッシュ圧力部材２５との間でチャンバ１５に充填物を充填し、このチャンバ１５は圧縮ばね２３により荷重を受け、この圧縮ばね２３の他方の端部を漏斗状の頂壁２０の下面に圧着し、チャンバ１５の充填物を圧迫しかつ保持する。この充填物は、多量のマイクロビーズ２４により構成し、このマイクロビーズは上述の特許文献１（国際公開第２００５／０１６５１０号）に記載のような微小カプセル封入した触媒リガンドシステムにより構成する。これらマイクロビーズは、リガンドまたは触媒のいずれか一方をカプセル封入するマイクロカプセルポリマーシェルにより構成し、このマイクロカプセルを触媒またはリガンドの他方で処理する。これらは、液相から不純物を除去する、例えば汚染水から重金属を除去するために使用することができる。

図２に示すように、本発明の第２実施形態は、壁１０と、蓋５０とを備える外側ユニットを有し、この外側ユニットは金属で形成し、使い捨てカートリッジが着座するための円筒状空間を形成する。蓋５０をヒンジ５１で連結し、汚染液を導入する中心開口５２を有する。外部ユニットの内壁の頂部には、内周に沿って使い捨てカートリッジを着座させる隆起部５５を延在させる。

その使い捨てカートリッジは、望ましくはプラスチック製またはその他の使い捨て材料で形成した厚い壁１４を有し、この壁１４内に円錐形の蓋４０をねじ付ける。使い捨てカートリッジを外側ユニットに装填するとき、蓋５０を閉じ、ヒンジとは反対側で外周をナットおよびボルトによってクランプする。このクランプは、円錐形の蓋の上側に形成したチャネル(図示せず)に配置するシール４２により蓋５０をカートリッジの円錐形の蓋に対して密封する。

加えて、カートリッジ頂部における外壁は、ユニットの内壁の隆起部５５に対して、シール４１により密封する。すべてのシールは、ゴムまたはゴム状材料で形成したリングとし、この材料選択は液体の化学的性質に依存する。

したがって、この構成によれば、汚染液は蓋５２内の孔を経てフィルタユニット内に流入し、中心開口２１を下ってカートリッジ１７の底部にあるキャビティに導かれる。(中心開口２１は円錐形の蓋４０にねじ込み、また汚染液が浄化チャンバ１５に存在するきれいな液体を汚染するのを防ぐための更なるシールを必要としないようにすることに注意されたい。)

ここから、液体は、図１と同様に浄化媒体２４を収納したチャンバ１５を通過する。しかし、この場合、浄化媒体自体が自然に膨張するためばね圧縮装置は必要とせず、その代わりに、ビーズは硬い保持ディスク３５によって所定位置に保持され、この保持ディスク３５はカラー４３からの下向きの圧力を受け、このカラー４３自体は円錐形の蓋４０によって下方に押圧される。この保持ディスクは多孔性にするとともに、理想的に浄化媒体内で仮底１６との整合対を保持しなければならない。これらディスクは、上述したように焼結ポリマーとする、または図３に示すように、数個のディスクを組み合わせ個々のディスクを互いの頂部に保持したものとすることができる。この複合体は、大きな開口７２を有する２個の外側剛体ディスク７０，７１と、織布またはメッシュの中間ディスクとすることができる(図３参照)。この場合、仮底１６は、管１９にねじ付けるロックナット４４によって所定位置に保持されることに注意されたい。

いずれの実施形態においても、上記特許文献に引用された浄化媒体を最大限に活用するとともに、カートリッジの複雑性を低減できることが分かる。最小限の乱流および減少したエアポケットを有する均一流が、媒体の最大限の処理能力を確実に発揮させる。さらに、媒体の有利な膨張は、媒体を不動状態にするばね圧縮を常に加える必要がないことを意味する。

代替的な充填材料は、１個以上のモノマーを放射線グラフト重合することによって官能化したポリマーマイクロ繊維を含み、このマイクロ繊維は、ポリレオフィン、フッ化ポリエチレン、セルロースまたはビスコースとすることができる。その官能基は、カルボシキル基、スルホン基、ピリジニウム、イソチオロニウム、ホスホニウム、アミン、チオール等から選択することができ、また、グラフト共重合により調合することができる。適切な繊維は、上述のように、国際公開第０２／３３１３５号パンフレットに記載されている。これらは、金属、例えば白金系を有機および／または水性の溶液から除去するために使用することができる。

液体媒体は、ある最小サイズより大きい固体粒子を除去するメッシュ２２を通りぬけ、漏斗状の壁２０が、液体を開孔２１から空間１７に向かって下行する中心管１９に導く。この液体は、管１９内の静水圧の下で焼結した仮底１６を経て浸透し、粒子の隙間から浄化媒体２４の密集体を上昇し、圧力部材２５、チャンバ２６の頂部近傍における複数個の開孔２６を経て、空間１１に入り、下方に流れ、環状オリフィス１２から流出する。

カートリッジ構造は液体が浄化媒体２４と密に接触することを確実にする対向流原理を用いているが、他方で、媒体が回収した重金属のような汚染物質で飽和して消耗した後には、そのカートリッジを液体流における位置から取り外し、新たな、または再活性化した浄化媒体を収納する新鮮なカートリッジに交換することができる。

この種のカートリッジは、回収または浄化装置の導管または配管内における任意の適切な位置に組み込むことができる。

適切な触媒性もしくは反応性、吸収性または吸着性の材料の代りに、カートリッジ構造を、処理プロセスまたは汚染源からの、液体流または液体流中の物質を、浄化または回収する広範囲の用途に使用することもできるだろう。そのカートリッジは、例えばビーズもしくは高表面積を有するキャリヤ上もしくは内に、付着、組み込む、もしくは含浸させた高分子ベースの触媒を、収納する封入容器として使用することもでき、または、例えば曲折した経路を組み込んで、流体から部分的にもしくは完全に汚染物質を除去する化学反応を引き起こすもしくは促進するようにすることができる。

本発明による浄化フィルタの第１実施形態の断面図である。 本発明による浄化フィルタの第２実施形態の断面図である。 図２に示すフィルタの一部の分解斜視図である。

Claims (13)

1. 浄化媒体を保持する壁を有するカートリッジと、この浄化媒体に液状媒体を流すことができる入口および出口手段と、を備えたことを特徴とする浄化フィルタ。
2. 前記カートリッジは、多量の前記浄化媒体を保持する円筒状のチャンバを有する構成とした、請求項１に記載の浄化フィルタ。
3. 前記チャンバは、前記カートリッジの境界壁から離れた外壁であって、チャンバの外側における流れを生ずる環状断面の空間を生ずる該外壁と、液体を前記チャンバから前記環状空間に流れることを可能にする手段を有する構成とした、請求項２に記載のフィルタ。
4. 前記チャンバは、軸線に沿って下方に延在して前記チャンバの下側の空間に開口する中心管を有し、前記チャンバの下側の空間は、仮底によって前記チャンバから分離した、請求項３に記載のフィルタ。
5. 前記仮底は、前記チャンバ内を液体が上昇できる拡散フィルタを有し、この拡散フィルタは、前記チャンバ内の浄化媒体の粒子を保持する孔寸法またはメッシュサイズを有するものとした、請求項４に記載のフィルタ。
6. 拡散フィルタは、メッシュまたは焼結多孔性部材を有するものとした、請求項５に記載のフィルタ。
7. 前記カートリッジの上端部に漏斗状部材を形成し、この漏斗状部材によって、液体を中心管に指向させ、仮底の下側の空間に流入させる構成とした、請求項４〜６のいずれか一項に記載のフィルタ。
8. 媒質において、スプリングのもう一方の端がじょうご状の部材の内面に接している。
9. 前記漏斗状部材を、フィルタメッシュによってカバーし、このフィルタメッシュを経て液体が前記漏斗状部材内に流入し、前記フィルタメッシュは、浄化チャンバに流入する前に液体から固体を除去するストレーナとして作用するものとした、請求項７または８に記載のフィルタ。
10. 前記チャンバは、使い捨ての円筒状部材を構成するものとした、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタ。
11. 前記カートリッジの上端部を、中心管から仮底にいたる液体の入口としての中心開孔を有する蓋によって閉鎖した、請求項７に記載のフィルタ。
12. 前記チャンバの頂端部を、漏斗状部材によって下方に押圧されるカラーから下向き圧力を受ける硬い保持ディスクによって閉鎖した、請求項１１に記載のフィルタ。
13. 前記カートリッジは、ビーズまたは高表面積を有するキャリヤ上または内に付着、組み込む、もしくは含浸させた高分子ベースの触媒を収納する封入容器を構成するものとした、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフィルタ。

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