JP2016112520A - Multilayer structure filter and filter device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高い固形分比率を有する液体を通液させ、液中に含まれる粗大粒子及び、凝集物を濾過するためのフィルターに関する。 The present invention relates to a filter for passing a liquid having a high solid content ratio and filtering coarse particles and aggregates contained in the liquid.
たとえば、概略10重量パーセント以上,流体の粘度は500センチポアズ以上となるような高固形分濃度粒子含有流体を使用する製品では、粗大粒子や二次凝集物が存在すると、製品品質が低下する為、粗大粒子や凝集物の除去を目的に分級濾過が必要となる。一般的に流体を濾過するフィルターでは、濾過する流体に含まれる粗大粒子や凝集物を効率的に除去するため、フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさは、濾過する流体において、除去すべき粗大粒子や凝集物の粒子径と、除去せずに必要となる粒子の粒子径とによって決定される。フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさが、流体に含まれる粗大粒子や凝集物の平均粒径に対し大きすぎると粗大粒子や凝集物の除去ができない。一方、フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさが、流体に含まれる粒子の粒子径に対して小さすぎれば、フィルターで初期に除去した粗大粒子や凝集物が、濾過する流体のその後の流れを阻害して濾過ができない。 For example, in a product using a high solid content particle-containing fluid such that the viscosity of the fluid is approximately 10 centipoise or more and the fluid viscosity is 500 centipoise or more, the presence of coarse particles and secondary aggregates degrades the product quality. Classification filtration is required for the purpose of removing coarse particles and aggregates. In general, a filter that filters a fluid efficiently removes coarse particles and aggregates contained in the fluid to be filtered. Therefore, the average size of the pores of the members that constitute the filter is removed in the fluid to be filtered. It is determined by the particle size of coarse particles and aggregates to be obtained and the particle size of particles that are necessary without being removed. If the average size of the pores of the members constituting the filter is too large relative to the average particle size of the coarse particles and aggregates contained in the fluid, the coarse particles and aggregates cannot be removed. On the other hand, if the average size of the pores of the members constituting the filter is too small with respect to the particle size of the particles contained in the fluid, coarse particles and aggregates initially removed by the filter may be The flow cannot be filtered.
また、濾過する流体には平均粒子径が異なる複数の粗大粒子や凝集物、および必要粒子が含まれている。それらの粗大粒子や凝集物を効率的に除去するには、複数の種類の層部材を使用した多層構造のフィルターが用いられる。 The fluid to be filtered contains a plurality of coarse particles and aggregates having different average particle diameters and necessary particles. In order to efficiently remove these coarse particles and aggregates, a multilayer structure filter using a plurality of types of layer members is used.
図1に、多層構造のフィルターの代表例として、2層の層部材からなるフィルター1を用いた濾過装置20を示す。濾過装置20内には、多層構造のフィルター1が配置される。フィルター1は内層2と、その外側に、異なる構造の外層3とを備える。主に、内層2は濾過層として機能し、外層は整流層として機能する。流体の濾過装置20は濾過すべき流体が流れる上流管路21と、濾過後の流体を流す下流管路22と、を具備する。上流管路21から下流管路22までの流体は、矢印で示されるように、代表的には、フィルター1の外側の空間からフィルター1の中心に向かってフィルター内を流れ、濾過された流体はフィルターの中心の空間から下流管路22へと排出される。このような多層構造のフィルター1では、一般に、孔径の小さい層部材を濾過層として内側に配置し、比較的孔径の大きい層部材を整流層として外側に配置して、粗大な粒子や凝集物から小さい粒子や凝集物まで、順番に除去する。例えば、図1のフィルター1では、内層2の孔径は、外層3の孔径よりも小さく設定される。
FIG. 1 shows a
一般的なフィルターでは、高い固形分比率を有する液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過する目的で使用する場合、流体に含まれる粗大粒子や凝集物の粒子径と必要な粒子の粒子径とによって孔を決定する際に、フィルターの上流側の孔で粗大粒子や凝集物が除去されるようなフィルターの構造をとると、通液初期の段階で上流側に位置する層部材で急激な目詰まりが起きて、フィルター全体として、十分に濾過機能しない場合がある。そのため、外層では、下流における流れを阻害しないように、目詰まりを起こさないための整流作用を促すように構成する必要がある。 When a general filter is used to pass a liquid with a high solid content ratio and filter coarse particles and aggregates, the particle size of the coarse particles and aggregates contained in the fluid and the required particle size When determining the pores based on the diameter, if the filter structure is such that coarse particles and aggregates are removed by the pores on the upstream side of the filter, the layer member located on the upstream side will suddenly Clogging may occur and the filter as a whole may not function sufficiently. For this reason, the outer layer needs to be configured to promote a rectifying action for preventing clogging so as not to hinder the downstream flow.
そこで、外層と、その外層の内側に配置される少なくとも一以上の濾過層と、を備え、前記外層の外側から前記一以上の濾過層に向けて液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過するフィルターであって、前記外層は、第一の多孔部材と、第二の多孔部材とを備え、前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とを重ねた状態で前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルターによって解決する。 Therefore, it comprises an outer layer and at least one or more filtration layers arranged inside the outer layer, and allows liquid to flow from the outside of the outer layer toward the one or more filtration layers to remove coarse particles and aggregates. A filter for filtering, wherein the outer layer includes a first porous member and a second porous member, and the at least one or more of the first porous member and the second porous member are stacked. The problem is solved by a filter wound around the filter layer.
これにより、通液初期段階から整流層において、急激な目詰まりを起こさない多層構造のフィルターを提供することができる。 Thereby, the multilayer structure filter which does not raise | generate a sudden clogging in a rectification | straightening layer from the liquid flow initial stage can be provided.
以下、図1から図4を参照して、本発明のフィルターと濾過装置について説明する。図2は、本発明の実施の形態におけるフィルター1を示している。フィルター1は、内層たる濾過層2と、外層たる整流層3とを備える。ここで、濾過層2が整流効果を全く持たないということではない。また、整流層3も、濾過機能を全く持たないということではない。主に、濾過層2では濾過の効果を持つように設定し、整流層3は整流効果を持つように設定された層という意味である。また、濾過層2は、少なくとも一以上の層部材からなる。濾過層2としては、たとえば、不織布等の濾過層部材からなる。濾過層2は、単一の濾過層部材によって構成されてもよいし、平均孔径が異なる同一種類の複数の濾過層部材、または異なる種類の複数の濾過層部材など、複数の濾過層部材によって構成してもよい。整流層3は、一以上の多孔部材を重ねて、濾過層2の外側に配置される。
Hereinafter, the filter and the filtration device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows the
図3は、整流層3の詳細を示した図である。図3は、図2のA部を矢印の方向から見た図である。整流層3は、複数の多孔部材からできている。たとえば、図3に示すように、整流層3を第一の多孔部材11と第二の多孔部材12とを重ねて構成した組合せ層5として構成することができる。
FIG. 3 is a diagram showing details of the rectifying
組合せ層5において、第一の多孔部材11と第二の多孔部材12は、一般に、異なる種類の部材とすることができる。異なる種類の部材とは、材料が同一であっても、平均孔径が異なる部材や、材質が異なる部材など、さまざまな組み合わせが考えられる。第一の多孔部材11と第二の多孔部材12のうち、第一の多孔部材11は、第二の多孔部材12よりもフィルターの内側に巻かれる。また、第一の多孔部材11の孔の大きさは、第二の多孔部材12の孔の大きさより大きい方が好ましい。
In the
上記の説明では、整流層3は、2枚の異なる多孔部材が重ねられた状態で構成された一の組合せ層5が濾過層2の周りに巻きつけられている実施の形態で説明した。しかし、2枚の異なる多孔部材が重ねられた状態で構成された組合せ層に、さらに複数の組合せ層を重ねて濾過層2の周りに巻きつけられていてもよい。すなわち、さらに、別に用意される「一の多孔部材」と、その「一の多孔部材」より内側に配置され、その「一の多孔部材」とは別に用意される「他の多孔部材」とが重ねられた一以上の組合せ層6,7をさらに製作する。その一以上の組み合せ層6、7を、第二の多孔部材12よりも内側に配置される第一の多孔部材11を重ねて構成した組み合せ層6、7に、さらに重ねて濾過層2の周りに巻きつける。
In the above description, the rectifying
すなわち、図4に示すように、上記の「一の多孔部材」として、第三の多孔部材13、上記の「他の多孔部材」として、第四の多孔部材14を準備する。第三の多孔部材13は、第四の多孔部材14よりも内側に配置して、組合せ層6を作る。このとき、第三の多孔部材13の孔の大きさは、第四の多孔部材14の孔よりも大きい方が好ましい。これを組合せ層5に重ねて、濾過層2の周りに巻きつけて、整流層3を形成させることも可能となる。また、さらに、第五の多孔部材15と第六の多孔部材16とを準備し、第五の多孔部材15は、第六の多孔部材16よりも内側に配置して、組合せ層7を作る。このとき、第五の多孔部材15の孔の大きさは、第六の多孔部材16の孔よりも大きい方が好ましい。これを組合せ層5および組合せ層6に重ねて、組合せ層5から組合せ層7を整流層3として濾過層2の周りに巻きつけることも可能となる。このように、2枚の多孔部材で一組の組合せ層を形成させ、それを複数組み合わせた複数の組み合せ層として整流層3を構成してもよい。
That is, as shown in FIG. 4, the third
また、図3に示したように、第一多孔部材11と第二多孔部材12とは、互いに角度をもった二方向に形成される繊維軸の間に孔が形成される。すなわち、第一多孔部材11が、第一方向に沿った繊維軸と、その第一方向に対して角度をもった方向である第二の方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。また、第二の多孔部材12は、第三方向に沿った繊維軸と、その第三方向に対して角度をもった方向である第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。第一の多孔部材11と、前記第二の多孔部材12とは、整流層3を形成する際に、重ねられた状態において、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とのうち、少なくとも一つは合致していないことが好ましい。たとえば、第一多孔部材11の第一方向と第二の方向は直交する関係にあり、孔は長方形とすることができる。一方、第二多孔部材12の第三方向と第四方向とは直交せず、孔は平行四辺形または菱形とすることができる。このとき、第一多孔部材11の第一方向と第二多孔部材12の第三方向とを合致させることができる。この場合には、第二方向と第四方向とは合致しない。図3のように、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とのすべてが合致しないようにすることもできる。
Further, as shown in FIG. 3, the first
第一の多孔部材11は、第二の多孔部材12に対して、スペーサーとしての役割としてもよい。そのため、第一多孔部材11と第二多孔部材12との厚さを違えることができる。その厚さの設定は、流体ごとに設定をすることができる。
The first
仮に、整流層3を単一のフィルター部材(たとえば、第一の多孔部材11)として、これを内側部材に巻きつけて構成させると、濾過層2の中心角に対して360度以上巻きついて、整流層3を構成するその単一フィルター部材が重なると、重なった外側の部分はフィルターの中心からの距離が遠くなる。そのため、隣り合う層において孔の位置ずれが生じる。その位置ずれにより、整流層3において厚さ方向において孔が形成する流体を通過させる実効的な流路断面積が小さくなる。その結果、必要な粒子も整流層3において捕捉されることになる。整流層3で捕捉された必要な粒子は、孔を塞いで濾過層2への流れを阻害する。しかし、本発明のように、整流層3を少なくとも2層の多孔部材で構成させれば、隣り合う層において孔の大きさが異なるように設定できる、隣り合う層において孔の形状を変えることができる、隣り合う層の厚さを変えることによりフィルターの周方向への流れを喚起することができる、等の効果から、実効的な孔の流路断面積が減少することを防止することができる。
If the
ここで、本発明の効果について比較例との試験結果を示して説明する。 比較例として、50マイクロメートル以上の粒子を流体中から90パーセント以上除去する性能を有する濾過層を持ち、整流層を有していないフィルターを準備した。これに対し、実施例として、これと同じ濾過層部材の外周に、整流層として、多孔部材Aと多孔部材Bを重ねた状態で、濾過層の外周に巻き付けたフィルターを準備した。 Here, the effect of the present invention will be described by showing test results with a comparative example. As a comparative example, a filter having a filtration layer having a performance of removing particles of 50 micrometers or more from a fluid by 90% or more from a fluid and having no rectifying layer was prepared. On the other hand, as an example, a filter wound around the outer periphery of the filtration layer was prepared in a state where the porous member A and the porous member B were stacked as a rectifying layer on the outer periphery of the same filtration layer member.
多孔部材Aは、ある方向(第一方向)に沿った繊維軸と、その方向(第一方向)に対して角度をもった方向の第二方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。また、多孔部材Bは、ある方向(第三方向)に沿った繊維軸と、その方向(第三方向)に対して角度をもった方向の第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。そして、整流層として、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とが、いずれも合致しないように、多孔部材Aと多孔部材Bと重ね、これを濾過層の外周に巻き付けて形成した。 The porous member A forms a hole between a fiber axis along a certain direction (first direction) and a fiber axis along a second direction that is at an angle with respect to that direction (first direction). doing. Further, the porous member B has a hole between a fiber axis along a certain direction (third direction) and a fiber axis along a fourth direction having an angle with respect to the direction (third direction). Is forming. Then, as the rectifying layer, the porous member A and the porous member B are overlapped with each other so that the first direction, the second direction, the third direction, and the fourth direction do not match, and this is wound around the outer periphery of the filtration layer. Formed.
ここで、比較例のフィルターと、本発明の実施例のフィルターと、のそれぞれについて、粒子濃度が60重量パーセントである試験流体を、外層の側を上流として流して圧力損失を測定した。その結果、表1のように、整流層を持たない比較例では、通液に必要な背圧が100キロパスカル以上にまで上昇したが、本発明のフィルターでは通液に必要な背圧が40キロパスカルにまで減少した。 Here, for each of the filter of the comparative example and the filter of the example of the present invention, the pressure loss was measured by flowing a test fluid having a particle concentration of 60 weight percent with the outer layer side as the upstream. As a result, as shown in Table 1, in the comparative example having no rectifying layer, the back pressure necessary for liquid passage increased to 100 kilopascals or more, but in the filter of the present invention, the back pressure necessary for liquid passage was 40. Reduced to kilopascals.
1 フィルター
2 濾過層(内層)
3 整流層(外層)
11 第一の多孔部材
12 第二の多孔部材
1
3 Rectification layer (outer layer)
11 First
Claims (3)
前記外層は、第一の多孔部材と、第二の多孔部材とを備え、前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とを重ねた状態で前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルター。 An outer layer and at least one or more filtration layers disposed inside the outer layer, allowing liquid to flow from the outside of the outer layer toward the one or more filtration layers to filter coarse particles and aggregates. A filter,
The outer layer includes a first porous member and a second porous member, and is wound around the at least one filtration layer in a state where the first porous member and the second porous member are overlapped. The attached filter.
前記第一の多孔部材は第一方向に沿った繊維軸と第一方向に対して角度をもった方向の第二方向に沿った繊維軸との間に孔を形成しており、
前記第二の多孔部材は第三方向に沿った繊維軸と第三方向に対して角度をもった方向の第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成しており、
前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とが前記重ねられた状態において、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とは合致していないフィルター。 The filter according to claim 1,
The first porous member forms a hole between the fiber axis along the first direction and the fiber axis along the second direction at an angle with respect to the first direction;
The second porous member forms a hole between the fiber axis along the third direction and the fiber axis along the fourth direction of the direction at an angle with respect to the third direction,
A filter in which the first direction, the second direction, the third direction, and the fourth direction do not match in the state where the first porous member and the second porous member are overlapped.
前記濾過層は、前記重ねた状態に、一の多孔部材と、前記一の多孔部材より内側に配置され、前記一の多孔部材よりも孔が大きい他の多孔部材とが重ねられた一以上の組み合せ層とがさらに重ねられた状態で、前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルター。 The filter according to claim 1 or 2,
The filtration layer is arranged in the overlapped state with one porous member and one or more porous members arranged inside the one porous member and another porous member having a larger hole than the one porous member. A filter wound around the at least one filtration layer in a state in which the combination layer is further stacked.
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