JP2016501129A - フィルタ装置およびフィルタ要素を洗浄する方法 - Google Patents

Abstract

濾過されていない液体のための流体入口を有するフィルタ容器と、該フィルタ容器と流体連通するフィルタ入口およびフィルタ出口を有する、フィルタ容器内のフィルタ要素とを備えるフィルタ装置であって、フィルタ出口が洗浄ダクトと洗浄弁とを介して洗浄装置と流体接続しており、洗浄装置が、体積Ｖ０の洗浄流体を備える洗浄流体チャンバと、洗浄流体チャンバと流体接続しており、洗浄流体を洗浄流体チャンバから洗浄ダクトを介してフィルタ出口へ供給するための、開始圧力Ｐ０の圧力チャンバとを備える、フィルタ装置において、圧力チャンバ内の圧力が開始圧力Ｐ０までまたは開始圧力Ｐ０付近まで上昇するように、洗浄流体チャンバが開放して圧力チャンバと流体接続しているとともに洗浄弁が閉じられた状態で、体積Ｖｒの洗浄流体を洗浄流体チャンバに供給するために、洗浄流体供給ラインが供給ポンプを介して洗浄流体チャンバに接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、濾過されていない液体のための流体入口を有するフィルタ容器と、該フィルタ容器と流体連通するフィルタ入口およびフィルタ出口を有するフィルタ容器内のフィルタ要素とを備えるフィルタ装置であって、フィルタ出口が洗浄ダクトと洗浄弁とを介して洗浄装置と流体接続し、洗浄装置が、体積Ｖ０の洗浄流体を備える洗浄流体チャンバと、洗浄流体チャンバと流体接続する圧力チャンバとを備え、開始圧力Ｐ０の体積Ｖｒの洗浄流体を洗浄流体チャンバから洗浄ダクトを介してフィルタ出口に供給するために、ガス供給部材が圧力チャンバに接続される、フィルタ装置に関する。

また、本発明は、フィルタ要素を洗浄する方法に関する。

そのようなフィルタ装置は米国特許第３，６３７，０７９号明細書から知られている。この公報には、漏斗形状タンク内で壁プレートから垂直に吊り下げられた複数のフィルタキャンドルを備えて、タンクの下側に供給される流体を濾過するためのフィルタ装置が示される。フィルタキャンドルの流出側には、洗浄のために、供給パイプと遮断弁とを介してフィルタキャンドルの流出側に接続される容器から、バクテリアまたは洗浄添加物を伴う水が逆流でフラッシングされ得る。洗浄流体を加圧するために、圧縮空気ユニットが容器に接続される。洗浄流体により占められる容積は、容器の全容積の半分未満である。フィルタキャンドルのフラッシング時、圧力容器内の圧力が約３．５バールまで降下する。遮断弁の開放時に洗浄流体がフィルタキャンドルに流入してフィルタキャンドルの内壁上に流体の膜を形成した後、容器からの圧縮空気がフィルタキャンドルに入る。これにより、フィルタキャンドルの外面に付着されたスラッジが解放されてタンクの漏斗形状ベース内へ滑り去る。既知のフィルタ装置は、圧縮空気ユニットが比較的多量のエネルギーを必要とするという不都合を有する。また、洗浄動作後、洗浄流体容器をその再充填後に加圧するのに比較的長い時間を要する。

他のフィルタ装置が国際公開第０３／０２０３９７号パンフレットに記載される。この文献には、アキュムレータを含むフィルタバックフラッシングシステムが記載され、アキュムレータは、該アキュムレータ内に収容されるバックフラッシュ流体のフィルタ要素に対する逆方向の供給を推進させる加圧ブラダを収容する。ブラダによって移動されるバックフラッシュ流体の量は、比較的少なく、例えば数リットルである。これは、流体を高圧で移動させることができる信頼できる膜が比較的小さいサイズを有するからである。また、可撓性ブラダの使用は、限られた動作寿命をもたらすとともに、システムが故障または漏れを引き起こし易い。

したがって、本発明の目的は、フィルタを通じて多量の洗浄流体を高圧で効果的に輸送し、それにより、比較的少ないエネルギーで済む、フィルタ装置およびそのようなフィルタ装置の洗浄方法を提供することである。本発明の更なる目的は、洗浄動作後に素早くフィルタ装置を動作状態に至らせることができるフィルタ装置および洗浄方法を提供することである。

ここで、本発明に係るフィルタ装置では、
− 所定量の洗浄流体が洗浄流体チャンバ（１６）内に残るように体積Ｖｒが体積Ｖ０よりも小さく、
− 圧力チャンバ（１８）内の圧力が開始圧力Ｐ０までまたは開始圧力Ｐ０付近まで上昇するように、洗浄流体チャンバ（１６）が開放して圧力チャンバ（１８）と流体接続しているとともに洗浄弁（１３）が閉じられた状態で、体積Ｖｒの洗浄流体を洗浄流体チャンバ（１６）に供給するために、洗浄流体供給ライン（２１）が供給ポンプ（２２）を介して洗浄流体チャンバ（１６）に接続される。

流体チャンバを完全に空にしないことにより、また、ガス供給チャンバ内のガスを再加圧するために流体供給ポンプの再充填動作を使用することにより、ガス供給チャンバは、使用後に素早くその動作状態に至らされる。コンプレッサと比べて高い液体ポンプの効率を考慮すると、流体供給ポンプによるガス供給チャンバの加圧は、比較的少ないエネルギーを利用しているとともに、非常に効果的である。

洗浄流体供給チャンバは、加圧ガスが逃げることを防止する残りの洗浄流体によってシールされるため、膜を使用する必要がなく、また、数千リットルなどの多量の洗浄流体を移動させることができる。シール機構を与えるための膜が流体供給チャンバ内に存在しないことにより、信頼性が向上するとともに、動作寿命が増大する。

一実施形態では、ガス供給部材が圧力チャンバに接続される。コンプレッサなどのガス供給部材は、初めての使用前にガス供給チャンバを初期圧力Ｐ０まで加圧するため、および、繰り返しの動作中に失われる少量の空気を再供給するために利用される。

１つの実施形態において、フィルタ装置は、
− 洗浄弁に接続される制御ユニットであって、体積Ｖｒの加圧洗浄流体を洗浄流体チャンバからフィルタ要素へ供給するために洗浄弁を開くとともに洗浄弁を閉じるようになっている制御ユニットと、
− 圧力チャンバの圧力を測定するために圧力チャンバに接続されるとともに、出力が制御ユニットに接続される圧力検出器であって、制御ユニットは、圧力検出器により測定される圧力と開始圧力Ｐ０との間の差が所定の閾値圧力Ｐｔよりも大きいときに圧力チャンバ内の圧力が少なくとも開始圧力Ｐ０にほぼ等しくなるまでガス供給部材を作動させるためにガス供給部材に接続される、圧力検出器と、
を備える。

洗浄流体チャンバを完全に空にしないことにより、加圧ガス、例えば空気は、洗浄流体チャンバから抜け出ず、洗浄流体チャンバ内および圧力チャンバ内に収容され、“ガススプリング”として作用する。排出中、圧力は、Ｐ０から、一般的に１０％〜２０％だけ降下する。この場合、Ｐ０は例えば５バールに相当することができ、また、最終圧力Ｐ１が約４．５バールであってもよい。

ガス供給部材またはコンプレッサは、比較的小さい容積を有することができるとともに、濾過動作の開始時に圧力チャンバを最初に充填するためだけに使用され、また、例えば洗浄流体中に部分的に溶ける場合がある失われた加圧ガスを補うために洗浄中に断続的に使用される。洗浄後の加圧チャンバの加圧は、主に、新たな洗浄流体を元の洗浄流体チャンバ内へ送出することにより行なわれる。流体ポンプの動作は、比較的急速であり、圧力容器を加圧するためにコンプレッサを使用するのと比べて効果的である。本発明によれば、ガス供給部材−またはコンプレッサ−は、限られた時間中においてのみ使用される。そのため、システムは、エネルギー効率が非常に高く、洗浄ステップ後に素早く元の動作状態に至らされる。

制御ユニットが弁を開くと、多量の流体、例えば毎秒数千リットルの流体が洗浄流体チャンバからフィルタへ逆流で流れることができ、それにより、汚染物がフィルタから効果的に除去される。洗浄後、供給ポンプは、圧力がほぼＰ０に上昇するまで、体積Ｖｒの洗浄流体を洗浄流体チャンバに再充填する。圧力チャンバ内の圧力がＰ０近くまで十分に上昇しないことを圧力検出器が検出すると、制御ユニットは、圧力がＰ０に等しくなるようにあるいはＰ０にほぼ等しくなるように上昇するまで、ガス供給部材を作動させる。

１つの実施形態では、供給ポンプが供給弁を介して洗浄流体チャンバに接続され、ポンプおよび供給弁は、完全自動洗浄サイクルのため、洗浄動作後に体積Ｖｒの洗浄流体を洗浄流体チャンバへ供給するべく作動されるように制御ユニットに接続される。

圧力チャンバは、出口が洗浄流体チャンバの圧力入口に接続される別個の圧力容器内に配置されてもよく、洗浄流体チャンバは洗浄流体容器内に配置される。このようにすると、単一の圧力容器を複数のフィルタ容器に接続することができる。圧力容器は、圧力チャンバに接続される洗浄流体チャンバの全容積Ｖ０の少なくとも２倍である容積Ｖｐを有してもよい。

好ましい実施形態において、洗浄ダクトの長さは、フィルタ容器の横直径の１０倍以下である。洗浄流体チャンバをフィルタ容器の近傍に配置することにより、洗浄動作時にフィルタ要素に供給される多量の洗浄流体が衝撃波または水撃を引き起こし、それにより、洗浄後に弁が閉じられるときに弁が損傷することが防止される。

本発明に係るフィルタ装置では、一般に２００×２５ｍ^２＝５０００ｍ^２のフィルタ表面が存在する。このフィルタ表面は、２−５Ｌ／ｍ^２、一般的には３Ｌ／ｍ^２の洗浄流体の流れによって洗浄される。洗浄ダクトの直径、開始圧力Ｐ０、および、圧力チャンバの容積Ｖｐは、フィルタ流体が１５００Ｌ／ｓ〜５０００Ｌ／ｓの流量で供給されるように約１５０００Ｌの量の洗浄流体を３−１０秒内でフィルタ表面に供給するように適合される。

添付図面を参照して、本発明に係るフィルタ装置の一実施形態について詳しく説明する。

本発明に係るフィルタ装置の概略図を示す。

単一の図には、１つ以上のフィルタ要素３を備えるフィルタ容器２を備えるフィルタ装置１が示される。フィルタ要素は、セラミックフィルタ要素の配列を備えてもよく、あるいは、薄膜フィルタ、中空繊維フィルタ、または、他のタイプのフィルタ要素などの他のフィルタを備えてもよい。

フィルタ入口５はフィルタの（微細）孔によって形成され、これらの孔は、フィルタ容器２の内部と流体連通している。フィルタ容器２は、濾過されていない流体を弁１０を介して容器２へ供給するための入口７と、濾過された流体を出口弁１５を介して除去するために濾過済み流体出口ダクト９に接続されるフィルタ出口１２とを有する。フィルタ容器２は、洗浄流体を容器２から弁１１を介して除去するための洗浄流体出口ダクト８を有する。

フィルタ出口１２は、洗浄弁１３および洗浄ダクト１４を介して、洗浄流体容器１６に接続される。洗浄流体容器１６には、コントローラ２５に接続される２つのレベルセンサ２６，２７が設けられる。洗浄流体容器１６のガス入口１７が圧力容器１８に接続され、圧力容器１８は、コンプレッサを備えてもよいガス供給装置１９に接続される。圧力センサ２０が圧力容器１８の内部に接続される。洗浄流体容器１６の流体入口は、洗浄弁２３および洗浄流体供給ライン２１を介して、洗浄流体ポンプ２２に接続される。ポンプ２２、弁１３，２３、および、コンプレッサ１９は、コントローラ２５によって制御され、コントローラ２５は、プログラマブル論理コンピュータ、ＰＣ、または、他の電子制御装置を備えてもよい。圧力センサ２０は、出力がコントローラ２５に接続される。

飲料水処理用の生水または工業廃水などの濾過されるべき流体は、弁１１が閉じられた状態で、入口７および開放された弁１０を介してフィルタ容器２内へ供給される。濾過されるべき流体は、容器２からフィルタ要素３内に入り、また、濾過された流体は、弁１５が開かれ且つ弁１３が閉じられた状態で、フィルタ出口１２を介して出口ダクト９を通じてフィルタ容器２から出る。

フィルタ要素３が動作中に汚染されるようになると、弁１５を閉じるとともに弁１３を開くことによって濯ぎサイクルが開始される。例えば約５であってもよい洗浄流体容器１６内の初期空気圧Ｐ０に起因して、洗浄流体が容器１６からフィルタ出口１２およびフィルタ要素３を介してフィルタ容器２内へ送られる。弁１１が開かれ、それにより、洗浄流体と、高圧洗浄流体によりフィルタから除去された粒子とが、洗浄流体出口ダクト８を介して除去される。洗浄中、レベル検出器２６は、容器１６内の下位レベルを監視し、Ｖｒリットルの洗浄流体が容器１６からフィルタ容器２へ供給されたときに、すなわち、洗浄流体容器１６内の洗浄流体レベルがＶｍａｘからＶｍｉｎまで下がったときに弁１３を閉じるように制御ユニット２５に信号を送る。洗浄サイクル中、圧力容器１８内の圧力は、Ｐ０から約４．５バールであってもよいＰｍｉｎまで例えば０．５バールだけ下がる。更に多くの洗浄流体容器が単一の圧力容器に接続される場合、圧力容器の容積は、洗浄流体容器の数に比例して増大する必要がある。Ｖ０−Ｖｒリットルの洗浄流体が洗浄容器１６内に残る。圧力容器１８内の圧力降下は、流体容器１６の利用できる容積Ｖｒの増大に起因する。これは、ガス、例えば圧縮空気を加圧することなく、流体が洗浄流体容器から除去されて、ガスが失われるからである。

洗浄ステップの完了時に、弁２３が開かれて、弁１３が閉じられるとともに、ポンプ２２がコントローラ２５によって作動され、それにより、体積Ｖｒの洗浄流体が洗浄流体ポンプ２２によって容器１６内へ再導入される。洗浄容器１６の再充填中、圧力容器１８内の圧力がＰ０まで増大する。

圧力センサ２０は、洗浄容器１６の再充填の完了時に圧力容器１８内の圧力を測定し、信号をコントローラ２５へ供給する。コントローラでは、測定値が初期圧力値Ｐ０と比較される。測定圧力とＰ０との差が、例えばＰ０の１％〜１５％、一般的にはＰ０の約５％、したがって例えば約０．２５バールであってもよい圧力閾値Ｐｔよりも大きい場合、コントローラ２５は、圧力がＰ０にほぼ等しくなるまで、圧縮空気を容器１８内へ供給するコンプレッサ１９を作動させ、圧力がＰ０にほぼ等しくなった瞬間に、コントローラはコンプレッサ１９をＯＦＦに切り換える。

洗浄弁１３の開放時に圧力波が発生するのを回避するため、フィルタ出口ダクト１２の長さと、フィルタの出口１２と洗浄流体容器１６との間で延びる洗浄ダクト１４の長さとの組み合わせは、フィルタ容器の直径Ｄの３倍以下であり、好ましくは１．５Ｄよりも小さく、また、直径Ｄは例えば１ｍ以上であってもよい。

Claims (13)

1. 濾過されていない液体のための流体入口（７）を有するフィルタ容器（２）と、該フィルタ容器と流体連通するフィルタ入口（５）およびフィルタ出口（１２）を有する、前記フィルタ容器内のフィルタ要素（３）とを備えるフィルタ装置（１）であって、前記フィルタ出口が洗浄ダクト（１４）と洗浄弁（１３）とを介して洗浄装置と流体接続しており、前記洗浄装置が、体積Ｖ０の洗浄流体を備える洗浄流体チャンバ（１６）と、前記洗浄流体チャンバ（１６）と流体接続しており、体積Ｖｒの洗浄流体を前記洗浄流体チャンバ（１６）から前記洗浄ダクト（１４）を介して前記フィルタ出口（１２）へ供給するための、開始圧力Ｐ０の圧力チャンバ（１８）とを備える、フィルタ装置（１）において、
   所定量の洗浄流体が前記洗浄流体チャンバ（１６）内に残るように前記体積Ｖｒが前記体積Ｖ０よりも小さく、
   前記圧力チャンバ（１８）内の圧力が前記開始圧力Ｐ０まで、または前記開始圧力Ｐ０付近まで上昇するように、前記洗浄流体チャンバ（１６）が開放して前記圧力チャンバ（１８）と流体接続しているとともに前記洗浄弁（１３）が閉じられた状態で、前記体積Ｖｒの洗浄流体を前記洗浄流体チャンバ（１６）に供給するために、洗浄流体供給ライン（２１）が供給ポンプ（２２）を介して前記洗浄流体チャンバ（１６）に接続されている、
   ことを特徴とするフィルタ装置（１）。
2. 前記圧力チャンバ（１８）に接続されるガス供給部材（１９）を備える、請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記フィルタ装置が、
   前記洗浄弁（１３）に接続されており、前記体積Ｖｒの加圧洗浄流体を前記洗浄流体チャンバ（１６）から前記フィルタ要素（３）へ供給するために前記洗浄弁（１３）を開くとともに、前記洗浄弁（１３）を閉じるようになっている制御ユニット（２５）と、
   前記圧力チャンバの圧力を測定するために前記圧力チャンバ（１８）に接続されるとともに、出力が前記制御ユニット（２５）に接続される圧力検出器（２０）であり、前記制御ユニットが、前記圧力検出器（２０）により測定される圧力と前記開始圧力Ｐ０との間の差が所定の閾値圧力Ｐｔよりも大きいときに前記圧力チャンバ（１８）内の圧力が少なくとも前記開始圧力Ｐ０にほぼ等しくなるまで前記ガス供給部材を作動させるために前記ガス供給部材（１９）に接続されている、圧力検出器（２０）と、
   を備える、請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記供給ポンプ（２２）が供給弁（２３）を介して前記洗浄流体チャンバ（１６）に接続されており、前記ポンプ（２２）および前記供給弁（２３）が、洗浄動作後に体積Ｖｒの洗浄流体を前記洗浄流体チャンバ（１６）へ供給するべく作動されるように前記制御ユニット（２５）に接続されている、請求項１，２または３に記載のフィルタ装置（１）。
5. 前記圧力チャンバ（１８）が、出口により前記洗浄流体チャンバ（１６）の圧力入口（１７）に接続される圧力容器内に配置されており、前記洗浄流体チャンバが洗浄流体容器内に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ装置（１）。
6. 前記圧力チャンバ（１８）の容積Ｖｐが前記体積Ｖ０の少なくとも２倍である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタ装置（１）。
7. 前記洗浄ダクト（１４）の長さが、前記フィルタ容器（２）の横直径Ｄの１０倍以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ装置（１）。
8. 前記洗浄ダクト（１４）の直径、前記開始圧力Ｐ０、および、前記圧力チャンバ（１８）の容積Ｖｐが、体積Ｖｒの洗浄流体を少なくとも５００Ｌ／ｓの流量で前記フィルタ要素（３）に供給するように適合されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタ装置（１）。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルタ装置（１）内のフィルタ要素（３）を洗浄するための方法であって、
   体積Ｖ０の洗浄流体を収容する洗浄流体チャンバ（１６）から体積Ｖｒの洗浄流体を前記フィルタ要素（３）の出口（１２）へ供給するステップであり、前記洗浄流体チャンバが、開始圧力Ｐ０の加圧流体を備える圧力チャンバ（１８）に接続されている、ステップと、
   前記洗浄流体チャンバ（１６）に体積Ｖ０の洗浄流体を収容するべく洗浄流体を再充填するステップと、
   を備える方法において、
   洗浄ステップの後、前記圧力チャンバ内の圧力がＰ０まで上昇するように、前記洗浄流体チャンバが開放して前記圧力チャンバ（１８）と流体連通している状態で、前記体積Ｖｒが前記洗浄流体チャンバ（１６）に供給されることを特徴とする方法。
10. 前記フィルタ要素に供給される洗浄流体の前記体積Ｖｒが前記体積Ｖ０よりも小さく、前記体積Ｖｒの洗浄流体が前記洗浄容器（１６）内へ再導入された後に前記圧力チャンバ（１８）内の圧力を測定するとともに、測定された圧力とＰｏとの間の差が所定の閾値よりも大きいときに加圧流体を前記圧力チャンバ（１８）内へ供給するステップを備える、請求項９に記載の方法。
11. 前記加圧流体が前記開始圧力Ｐ０を有するまで前記圧力チャンバ（１８）を加圧装置（１９）を介して加圧するステップを備える、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記体積Ｖｒの洗浄流体が、少なくとも５００Ｌ／ｓの流量で且つ少なくとも３バールの圧力で前記フィルタ要素（３）の前記出口（１２）に供給される、請求項９，１０または１１に記載の方法。
13. 約Ｐ０の圧力で前記圧力チャンバ（１８）に供給される加圧流体の前記体積Ｖｓが、前記圧力チャンバ（１８）の前記体積Ｖｐの０．５倍以下である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。

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