JP2018023926A - ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内により大きなろ過面積を確保できるクロスフローろ過方式のろ過装置を提供する。【解決手段】複数の二重円筒型のろ過部２Ａ〜２Ｃが、ハウジング１のろ過室１０内において同心状に配置される。各ろ過部２Ａ〜２Ｃは、供給室１１及び排出室１２に連通するろ過流路２２を備えている。連通路３Ａ〜３Ｃは、ろ過部２Ａ〜２Ｃのそれぞれに対して少なくとも１つずつ設けられ、関係するろ過部２Ａ〜２Ｃを貫通して、ろ過部２Ａ〜２Ｃの外側の領域と内側の領域とに連通する。少なくとも１つのろ過流体排出口１５が、各ろ過部２Ａ〜２Ｃによってろ過された流体をろ過室１０から排出するために設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、クロスフローろ過方式のろ過装置に関する。

ろ過方式は、ろ過対象となる流体全部をフィルタに通してろ過する全量ろ過方式と、流体をフィルタの表面に沿って流すことによりろ過するクロスフローろ過方式とがある。

クロスフローろ過方式のろ過装置として、例えば特許文献１のように、円筒形状の外筒フィルタと、これの内側に配置された円筒形状の内筒フィルタとをハウジング内に備えたものがある。このろ過装置は、流体を、外筒フィルタと内筒フィルタとの間のろ過流路を通過させ、その通過の間に外筒フィルタまたは内筒フィルタによってろ過している。

そして、外筒フィルタまたは内筒フィルタによってろ過された流体は、ろ過流体としてハウジングから排出され、一方、これらのフィルタによってろ過されずにろ過流路を通過した流体は、濃縮流体としてハウジングから排出される。

特許文献１に開示の実施形態によれば、外筒フィルタ及び内筒フィルタは、それぞれハウジング内に１つだけしか配置されておらず、ハウジング内のスペースが十分に有効活用されているとは言えない。

実用新案登録第３１９９６９３号

そこで、本発明は、ハウジング内に大きなろ過面積を確保できるクロスフローろ過方式のろ過装置を提供する。

本発明は、クロスフローろ過方式のろ過装置であって、ろ過室と、前記ろ過室の一方側に設けられた供給室と、前記ろ過室の他方側に設けられた排出室と、を有するハウジングと、前記ろ過室内において同心状に配置された複数の二重円筒型のろ過部と、を備える。前記ろ過部は、それぞれ、円筒形状の外筒体と、前記外筒体の内側に配置された円筒形状の内筒体と、前記外筒体と前記内筒体との間に形成された、前記供給室及び前記排出室に連通するろ過流路とを備える。そして、前記外筒体または前記内筒体の少なくともいずれか一方がフィルタとして構成される。流体が、前記供給室から前記排出室に向けて前記ろ過流路を流れる際に前記フィルタによってろ過されるものである。さらに、ろ過装置は、前記ろ過部のそれぞれに対して少なくとも１つずつ設けられ、関係する前記ろ過部を貫通して、当該ろ過部の外側の領域及び内側の領域に連通する連通路と、前記各ろ過部によってろ過された前記流体を前記ろ過室から排出するために、前記ろ過室に設けられた少なくとも１つのろ過流体排出口と、を備える。

前記外筒体は、外筒フィルタとして構成され、前記内筒体は、内筒フィルタとして構成され、前記ろ過部は、それぞれ、前記外筒フィルタの端部と前記排出室との間に設けられた円筒形状の外筒接続体と、前記内筒フィルタの端部と前記排出室との間に設けられた円筒形状の内筒接続体と、を備えてもよい。前記連通路は、前記外筒接続体及び前記内筒接続体を貫通するように配置されたパイプからなる。そして、前記パイプは、前記供給室側を向く角部を有することが好ましい。

複数の前記連通路が、１つの前記ろ過部に対して当該ろ過部の円周方向に等角度間隔で配置されてもよい。

１つの前記ろ過部に対して設けられる前記連通路の数は、外側に配置された前記ろ過部ほど多い。

ろ過装置は、最内の前記ろ過部の前記供給室側の端部に設けられて、当該ろ過部の内側の領域と前記供給室とを仕切る最内の第１仕切体と、隣り合う前記ろ過部の前記供給室側の端部の間に設けられて、当該ろ過部間の領域と前記供給室とを仕切る中間の第１仕切体と、最外の前記ろ過部の前記供給室側の端部と前記ハウジングとの間に設けられて、当該ろ過部の外側及び前記ハウジング間の領域と前記供給室とを仕切る最外の第１仕切体と、を備えてもよい。
また、ろ過装置は、最内の前記ろ過部の前記排出室側の端部に設けられて、当該ろ過部の内側の領域と前記排出室とを仕切る最内の第２仕切体と、隣り合う前記ろ過部の前記排出室側の端部の間に設けられて、当該ろ過部間の領域と前記排出室とを仕切る中間の第２仕切体と、最外の前記ろ過部の前記排出室側の端部と前記ハウジングとの間に設けられて、当該ろ過部の外側及び前記ハウジング間の領域と前記排出室とを仕切る最外の第２仕切体と、を備えてもよい。

本発明によれば、二重円筒型のろ過部がハウジングのろ過室内において同心状に複数設けられている。即ち、流体をろ過するためのろ過流路がハウジング内に同心状に複数設けられている。それによって、従来よりも大きなろ過面積をハウジング内に得ることができる。また、各ろ過部のろ過によって得られたろ過流体は連通路を通じて合流し、ろ過流体排出口を通じてろ過室からまとめて排出されるようになっている。

本発明の一実施例に係るろ過装置の概略構成を示す縦断面図であり、左半分は、図２ＢのＰ−Ｐ線断面に相当する連通路を含む部分の縦断面図であり、右半分は、図２ＢのＱ−Ｑ線断面に相当する連通路を含まない部分の縦断面図である。 図２Ａは、ろ過室のフィルタ部分での概略横断面図であり、図２Ｂは、連通路及びろ過流体排出口を併せて示すろ過室の概略横断面図である。 図３Ａは、図１の領域Ｔの拡大図であり、外筒フィルタ及び内筒フィルタの一例を示し、図３Ｂは、他の実施形態に係る外筒フィルタ及び内筒フィルタの一例を示す横断面図である。 図４Ａ、図４Ｂは、さらに別の実施形態に係る外筒フィルタ及び内筒フィルタの一例を示す横断面図である。 図５Ａは、連通路を構成するパイプの一例を示す断面図であり、図５Ｂは、連通路を構成するパイプの他例を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係るクロスフローろ過方式のろ過装置の一実施形態について説明する。

図１を参照して、ろ過装置は、ハウジング１を備えている。ハウジング１は、その長手方向が上下方向になるように不図示の支持台に支持されている。ハウジング１は、ろ過室１０と、ろ過室１０の上側に設けられた供給室１１と、ろ過室１０の下側に設けられた排出室１２と、を備えている。

供給室１１は、ハウジング１の上部に形成され、円筒形状である。供給室１１には、供給口１３が形成されている。供給路１４が、供給口１３において供給室１１に接続されている。

ろ過室１０は、ハウジング１の中部に形成され、円筒形状である。ろ過室１０には、少なくとも１つのろ過流体排出口１５が形成されている。実施形態では、図２の通り、複数（４つ）のろ過流体排出口１５が、等角度間隔（９０度間隔）で形成されている。ろ過流体排出路１６が、各ろ過流体排出口１５においてろ過室１０に接続されている。

排出室１２は、ハウジング１の下部に形成され、下向きに窄まる円錐筒形状の部分を有する。排出室１２には、濃縮流体排出口１７が形成されている。濃縮流体排出路１８が、濃縮流体排出口１７において排出室１２に接続されている。

図１、図２Ａを参照して、ろ過装置は、複数（実施形態では３つ）の二重円筒型のろ過部２Ａ〜２Ｃをろ過室１０内に備えている。これらのろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、ハウジング１の長手方向の中心線Ｃを中心に同心状に設けられる。ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれ、供給室１１と排出室１２との間に渡って延在している。

ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれ、円筒形状の外筒体と、その内側に配置された円筒形状の内筒体と、を備える二重円筒型であり、本実施形態では、外筒体及び内筒体の双方がフィルタとして構成されている。即ち、外筒体が、外筒フィルタ２０として構成され、内筒体が、内筒フィルタ２１として構成されている。そして、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおいて、外筒フィルタ２０と内筒フィルタ２１との間に所定の隙間が設けられ、それにより、両フィルタ２０、２１間に、供給室１１及び排出室１２と連通するろ過流路２２が形成される。

ここで、外筒フィルタ２０は、その内周面が一次側面（未ろ過側面）となり、その外周面が二次側面（既ろ過側面）となるように構成されている。内筒フィルタ２１は、その内周面が二次側面となり、その外周面が一次側面となるように構成されている。

図３Ａは、図１の領域Ｔの拡大図を示す。図３Ａの通り、本実施形態の外筒フィルタ２０及び内筒フィルタ２１は、それぞれ、所定のピッチで螺旋状に巻かれた断面が楔形状のワイヤ２３、２４を有するウェッジワイヤフィルタであり、ワイヤ２３、２４の隙間によってろ過用のスリットＳ₂₀、Ｓ₂₁が形成されている。

図３Ａのウェッジワイヤフィルタに代えて、両フィルタ２０、２１は、それぞれ、図３Ｂの横断面図の通り、セラミック粒子の焼結体からなり、多孔質（ポーラス）構造を有するセラミックフィルタでもよい。

ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれ、外筒フィルタ２０の下端部と排出室１２との間に設けられた円筒形状の外筒接続体２５と、内筒フィルタ２１の下端部と排出室１２との間に設けられた円筒形状の内筒接続体２６と、を備えている（ろ過部２Ｂ、２Ｃに対しての両接続体２５、２６の符号は、図１では省略される）。ろ過流路２２の下部分は、外筒接続体２５と内筒接続体２６とによってこれらの間に形成されている。こうして、ろ過流路２２が、供給室１１と排出室１２との間に渡って延在している。

なお、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおいて、両接続体２５、２６の上端部は、受容部として構成されており、両フィルタ２０、２１の下端部を受容し支持している。

さらに、図１、図２Ｂの通り、ろ過装置は、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃのそれぞれに対して、少なくとも１つずつ設けられ、関係するろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの外側の領域及び内側の領域に連通する連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備えている。各連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、関係するろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃを貫通するように設けられており、ろ過流路２２と連通しないようになっている。

実施形態では、各連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、関連するろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの外筒接続体２５と内筒接続体２６とを貫通するように配置された短いパイプによって構成されている。図２Ｂの通り、ろ過部２Ａに対して４つの連通路３Ａが、ろ過部２Ｂに対して８つの連通路３Ｂ、ろ過部２Ｃに対しては１６つの連通路３Ｃが設けられている。即ち、１つのろ過部に対して設けられる連通路の数は、外側のろ過部ほど多くなっている。また、図２Ｂの通り、１つのろ過部に対して設けられる複数の連通路は、そのろ過部の円周方向に等角度間隔で配置されている。

ろ過装置は、供給室１１が各ろ過流路２２と連通するように供給室１１とろ過室１０とを仕切る複数の第１仕切体４０、４１、４２を備えている。最内の第１仕切体４０は、円板形状を有しており、最も内側のろ過部２Ａの供給室１１側の端部に設けられ、当該ろ過部２Ａの内側の領域と供給室１１とを仕切る。

中間の第１仕切体４１は、それぞれ、円環形状を有しており、隣り合うろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの供給室１１側の端部の間に設けられ、これらのろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの間の領域と供給室１１とを仕切る。

最外の第１仕切体４２は、円環形状を有しており、最も外側のろ過部２Ｃの供給室１１側の端部とハウジング１の内周面との間に設けられて、当該ろ過部２Ｃの外側及びハウジング１の内周面間の領域と、供給室１１とを仕切る。なお、この第１仕切体４２は、実施形態では、ろ過部２Ｃの上端面に位置する上側部４２Ａと、ろ過部２Ｃの上端の外周面に位置し、ハウジング１の内周面に取り付けられた外側部４２Ｂとからなる。

ろ過装置は、排出室１２が各ろ過流路２２と連通するように排出室１２とろ過室１０とを仕切る複数の第２仕切体５０、５１、５２を備えている。最内の第２仕切体５０は、円板形状を有しており、最も内側のろ過部２Ａの排出室１２側の端部に設けられ、当該ろ過部２Ａの内側の領域と排出室１２とを仕切る。

中間の第２仕切体５１は、それぞれ、円環形状を有しており、隣り合うろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの排出室１２側の端部の間に設けられ、これらのろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの間の領域と排出室１２とを仕切る。

最外の第２仕切体５２は、円環形状を有しており、最も外側のろ過部２Ｃの端部とハウジング１の内周面との間に設けられ、当該ろ過部２Ｃの外側及びハウジング１の内周面間の領域と、排出室１２とを仕切る。

押圧体６が、供給室１１内に配置されている。押圧体６は、平面視で十字形状を有する。押圧体６は、各第１仕切体４０、４１、４２に当接している。回転軸６０が、ハウジングの中心線Ｃ上において、ハウジング１の上面を貫通してハウジング１の内外にのびている。また、回転軸６０は、シール性を損なうことなくその軸周りに回転可能にハウジング１に受容されている。押圧体６は、回転軸６０の一端に取り付けられている。ハンドル６１が、回転軸６０の他端に取り付けられている。そして、回転軸６０がハンドル６１の操作によって回転すると、押圧体６が回転軸６０に沿って移動するように構成されている。

第１Ｏリング６２が両フィルタ２０、２１と第１仕切体４０、４１、４２との間に設けられている。第２Ｏリング６３が、両フィルタ２０、２１と両接続体２５、２６との間に設けられている。

押圧体６がハンドル６１の操作によって第１仕切体４０、４１、４２へ押圧されると、両フィルタ２０、２１の両端面の両Ｏリング６２、６３が圧縮され、それによって、十分なシール性が得られるようになっている。

ろ過装置は、供給路１４を通じて供給室１１に流体を供給するための供給手段を備えている。ろ過装置が、例えばスラリーのような、固体及び液体からなる固液混合物をろ過対称の流体とし、これを濃縮する濃縮装置として利用される場合、供給手段は、供給路１４の上流に設けられ、流体を供給室１１へ圧入するためのポンプからなる。また、ろ過装置が、固体及び気体からなる固気混合物をろ過対称の流体とする集塵装置として利用される場合、供給手段は、ろ過流体排出路１６の下流に設けられ、ハウジング１内に負圧を発生させる吸引ブロアーからなる。

次に、ろ過装置の動作について説明する。
固体と、気体又は液体とを含むろ過前の流体が、原流体として、供給手段により供給路１４及び供給口１３を通じて供給室１１に導入される。それから、原流体は、ろ過室１０のろ過流路２２のいずれかに流れ込む。

原流体がろ過流路２２を供給室１１から排出室１２に向けて流れる際に、原流体の一部が外筒フィルタ２０または内筒フィルタ２１を通過することによってろ過される。それによって、ろ過された流体、即ち、ろ過流体が、最内のろ過部２Ａの内側の領域、隣り合うろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの間の領域、及び、最外のろ過部２Ｃの外側の領域のいずれかに流れ出る。

それから、ろ過流体は、複数のろ過流体排出口１５及びろ過流体排出路１６のうちいずれかを通じてろ過室１０から排出される。このときに、最内のろ過部２Ａの内側の領域、及び、隣り合うろ過部２Ａ、２Ｂ；２Ｂ、２Ｃの間の領域にあるろ過流体は、連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを通ってろ過流体排出口１５まで移動する。

一方、上記のように原流体の一部がろ過されることによって、ろ過流路２２内の流体の固体成分が濃縮される。濃縮された流体は、濃縮流体として、各ろ過流路２２から排出室１２へ排出され、それから、濃縮流体排出口１７及び濃縮流体排出路１８を通じて排出室１２から排出される。

このように、ろ過装置は、クロスフローろ過方式で流体をろ過する。それによって、スラリーのような固体及び液体からなる固液混合物をろ過して濃縮することができ、また、固体（埃塵）及び気体からなる固気混合物をろ過して固体を集塵することができる。

以上の本発明に係るろ過装置によれば、複数の二重円筒型のろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが同心状に配置されることで、原流体をろ過する複数のろ過流路２２が同心状に形成される。それによって、ハウジング１内の限られたスペースに、より大きなろ過面積を確保することができ、ろ過効率が従来よりも大きく向上する。さらに、連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられることにより、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃのろ過によって得られたろ過流体を合流させてろ過流体排出口１５を通じてろ過室１０からまとめて排出できる。

以上、本発明に係るろ過装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
実施形態では、３つの二重円筒型のろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが設けられていたが、２つのろ過部が設けられてもよいし、４以上のろ過部が設けられてもよい。

なお、上記実施形態では、ハウジング１、ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、その長手方向が上下方向になるように配置されていたが、これらは、その長手方向が水平方向になるように配置されてもよい。

また、外筒フィルタ２０及び内筒フィルタ２１は、ウェッジワイヤフィルタやセラミッフィルタでなく、他のフィルタでもよい。

上記実施形態では、ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃを構成する外筒体及び内筒体の双方がフィルタ２０、２１として構成されていたが、少なくともいずれか一方がフィルタとして構成されていればよい。例えば、図４Ａの通り、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおいて、外筒体が、フィルタとして構成されていない単なる外筒パイプ２０’として構成され、内筒体が、内筒フィルタ２１として構成されてもよい。同様にして、図４Ｂの通り、各ろ過部２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおいて、外筒体が、外筒フィルタ２０として構成され、内筒体が、フィルタとして構成されていない単なる内筒パイプ２１’として構成されてもよい。図４Ａ、図４Ｂの実施形態によれば、図１〜図３の実施形態に比べて、ろ過面積が減少するものの、コストダウンを図ることができる。

上記実施形態では、連通路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを構成する各パイプは、図５Ａの断面図の通り、円筒形状であったが、これに代えて、図５Ｂの断面図の通り、多角筒形状であり、供給室１１側を向く（実施形態では上向き）の角部３０を有するものであってもよい。この角部３０によって、ろ過流路２２を流れる流体の流下抵抗が、図５Ａに比べて低減される。

１ ハウジング
１０ ろ過室
１１ 供給室
１２ 排出室
１５ ろ過流体排出口
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ ろ過部
２０ 外筒フィルタ（外筒体の一例）
２０’外筒パイプ（外筒体の一例）
２１ 内筒フィルタ（内筒体の一例）
２１’内筒パイプ（内筒体の一例）
２２ ろ過流路
２５ 外筒接続体
２６ 内筒接続体
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 連通路
３０ パイプの角部
４０ 最内の第１仕切体
４１ 中間の第１仕切体
４２ 最外の第１仕切体
５０ 最内の第２仕切体
５１ 中間の第２仕切体
５２ 最外の第２仕切体

Claims (6)

1. クロスフローろ過方式のろ過装置であって、
   ろ過室と、前記ろ過室の一方側に設けられた供給室と、前記ろ過室の他方側に設けられた排出室と、を有するハウジングと、
   前記ろ過室内において同心状に配置された複数の二重円筒型のろ過部と、を備え、前記ろ過部は、それぞれ、円筒形状の外筒体と、前記外筒体の内側に配置された円筒形状の内筒体とを備え、前記外筒体と前記内筒体との間に形成された、前記供給室及び前記排出室に連通するろ過流路とを備え、前記外筒体または前記内筒体の少なくともいずれか一方がフィルタとして構成されており、流体が、前記供給室から前記排出室に向けて前記ろ過流路を流れる際に前記フィルタによってろ過されるものであり、さらに、
   前記ろ過部のそれぞれに対して少なくとも１つずつ設けられ、関係する前記ろ過部を貫通して、当該ろ過部の外側の領域及び内側の領域に連通する連通路と、
   前記各ろ過部によってろ過された前記流体を前記ろ過室から排出するために、前記ろ過室に設けられた少なくとも１つのろ過流体排出口と、を備える、
   ことを特徴とするろ過装置。
2. 前記外筒体は、外筒フィルタとして構成され、
   前記内筒体は、内筒フィルタとして構成され、
   前記ろ過部は、それぞれ、
   前記外筒フィルタの端部と前記排出室との間に設けられた円筒形状の外筒接続体と、
   前記内筒フィルタの端部と前記排出室との間に設けられた円筒形状の内筒接続体と、を備え、
   前記連通路は、前記外筒接続体及び前記内筒接続体を貫通するように配置されたパイプからなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のろ過装置。
3. 前記パイプは、前記供給室側を向く角部を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のろ過装置。
4. 複数の前記連通路が、１つの前記ろ過部に対して当該ろ過部の円周方向に等角度間隔で配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のろ過装置。
5. １つの前記ろ過部に対して設けられる前記連通路の数は、外側に配置された前記ろ過部ほど多い、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のろ過装置。
6. 最内の前記ろ過部の前記供給室側の端部に設けられて、当該ろ過部の内側の領域と前記供給室とを仕切る最内の第１仕切体と、
   隣り合う前記ろ過部の前記供給室側の端部の間に設けられて、当該ろ過部間の領域と前記供給室とを仕切る中間の第１仕切体と、
   最外の前記ろ過部の前記供給室側の端部と前記ハウジングとの間に設けられて、当該ろ過部の外側及び前記ハウジング間の領域と前記供給室とを仕切る最外の第１仕切体と、
   最内の前記ろ過部の前記排出室側の端部に設けられて、当該ろ過部の内側の領域と前記排出室とを仕切る最内の第２仕切体と、
   隣り合う前記ろ過部の前記排出室側の端部の間に設けられて、当該ろ過部間の領域と前記排出室とを仕切る中間の第２仕切体と、
   最外の前記ろ過部の前記排出室側の端部と前記ハウジングとの間に設けられて、当該ろ過部の外側及び前記ハウジング間の領域と前記排出室とを仕切る最外の第２仕切体と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のろ過装置。

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