JP3393860B2

JP3393860B2 - 筒型フィルタエレメント及びろ過装置

Info

Publication number: JP3393860B2
Application number: JP2000562125A
Authority: JP
Inventors: 俊文稲垣
Original assignee: 三洲電線株式会社
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: AU4929299A; WO2000006282A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、例えば、液体中の懸濁物質や空気中の微粒
子等を捕捉して除去するろ過部材として好適な筒型フィ
ルタエレメント、及びこの筒型フィルタエレメントを用
いたろ過装置に関する。

背景技術ろ過部材はろ過目的によって種々の形態のものがある
が、筒型フィルタエレメントとしては、例えば、セルロ
ース系ろ過助剤をコーティングしてなるプレコートフィ
ルタ、ウエッジワイヤを用いたフィルタ、高速処理され
るビールプラントに利用されるキャンドルフィルタなど
がある。これらは、いずれも、周壁部を形成するろ過膜
やウエッジワイヤに対し、外側から内側（又は内側から
外側）に被処理体を通過させ、懸濁物質等をこの周壁部
を形成するろ過膜等により捕捉し、目詰まりにより差圧
が高くなってきたならば、ろ過時と逆方向から逆洗流体
を供給して再生処理する構造のものである。

上記した筒型フィルタエレメントとして、円筒形のも
のが採用されるのは、圧力分布が均等で再生処理するま
での期間を長くすることができるためであるが、周壁部
にろ過膜等を配設した上で円筒形とするためには、中心
にこのろ過膜等を支持するためのコア材が必要となる。
このため、従来使用されている上記の筒型フィルタエレ
メントはいずれも構造が複雑で、製造コストが高く、メ
ンテナンス作業も容易でないという問題を有していた。

発明の開示本発明は上記した点に鑑みなされたものであり、簡易
な構造でメンテナンス作業が容易であると共に、かつ製
造コストを従来よりも低くすることができる筒型フィル
タエレメント及びこの筒型フィルタエレメントを用いた
ろ過装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の筒型フィルタエ
レメントは、複数本の金属製の線材が中空部を有する状
態で撚り合わされた中空撚線から構成され、該中空撚線
の周壁部がろ過部として機能するものであることを特徴
とする。

ここで、前記周壁部は、単層とすることができる。ま
た、複数本の金属製の線材が異なる直径の中空部を有す
る状態で撚り合わせられた複数の中空撚線を有し、各中
空撚線が積層され、前記周壁部が多層となっている構成
とすることもできる。なお、前記中空撚線は、任意の圧
縮率で圧縮成形されたものであることが好ましい。

また、本発明のろ過装置は、前記筒型フィルタエレメ
ントを複数本有することを特徴とする。

図面の簡単な説明図１は、本発明の実施例に係る筒型フィルタエレメン
トの周壁部を構成する中空撚線の製造手段を説明するた
めの図である。

図２は、単層の中空撚線からなる周壁部を有する筒型
フィルタエレメントの実施例を示す図である。

図３は、図２で示した筒型フィルタエレメントを支持
板に複数本支持させた状態を示す図である。

図４は、図２及び図３に示した筒型フィルタエレメン
トを用いたろ過装置の一例を示す図である。

図５（ａ）は、多層の中空撚線からなる周壁部を有す
る筒型フィルタエレメントの周壁部を構成する中空撚線
の製造手段を説明するための図であり、図５（ｂ）は目
板の構成を説明するための図である。

図６（ａ）は、多層の中空撚線からなる周壁部を有す
る筒型フィルタエレメントの実施例を示す図であり、図
６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図７は、試験例で使用したろ過装置を説明するための
図である。

図８は、透水量試験の結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態以下において、図面に示した実施例を参照して本発明
をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではなく、当業者によって通常なされる変更も本
発明の範囲に含まれるものである。

実施例本発明の筒型フィルタエレメント１の周壁部２を構成
する中空撚線は、集線口１１を有する撚線機１０によっ
て撚り合わされる。すなわち、複数本の金属製の線材
（素線）３が集線口１１を通過する際に寄せ集められ、
寄せ集められた状態で、撚線機１０内に配設された複数
の滑車を通過し、所定の巻き取りボビンに巻き取られる
が、この間に撚線機１０内に配設された回転子が回転
し、寄せ集められた素線３が設定された撚ピッチで撚ら
れて撚線となる。

この撚線機１０自体は従来公知の装置を用いることが
可能であるが、本発明においては、単なる撚線ではな
く、中空の撚線とする必要があるため、集線口１１に
は、周囲が素線３に取り囲まれてそれらの中心に位置す
るように断面円形のリードワイヤ１５が一緒に挿入され
る。これにより、素線３はリードワイヤ１５の周囲で撚
られる。リードワイヤ１５の長さは素線３より短く、素
線３は、一旦リードワイヤ１５の周囲で撚られたなら
ば、その後は、リードワイヤ１５が中心に存在しない部
位に至っても、そのまま中空状態で撚られて、中空撚線
が形成される。

また、リードワイヤ１５はこのように中空撚線の中空
部４を形成するものであるため、その線径は、形成しよ
うとする中空部内径に見合ったものが必要であり、素線
径、後述の圧縮ダイス径、及び圧縮率から求められる中
空部内径と同じ線径のものが採用される。リードワイヤ
１５の材質は限定されるものではないが、素線３を形成
する材料と同じ材質ものが好ましい。素線３を形成する
材料としては、本発明の筒型フィルタエレメントが使用
される環境にもよるが、純水装置等の液体ろ過に用いる
場合にはステンレスが好ましい。そのほか、銅線、錫メ
ッキ銅線、ニッケルメッキ銅線、チタン線、アルミニウ
ム線等を用いることもできる。また、形状記憶合金を用
いることもできる。

また、集線口１１には、圧縮ダイス１２を設けておく
ことが好ましい。圧縮ダイス１２は、断面円形で、リー
ドワイヤ１５を中心に配置して寄せ集めた状態の素線３
の外径よりも小さな内径の孔を備えており、これによ
り、圧縮ダイス１２を通過する際に素線３が圧縮される
ことになる。圧縮ダイス１２に形成された孔が断面円形
で、素線３、リードワイヤがいずれも断面円形であるこ
とから、圧縮ダイス１２を通過した素線３は、その断面
形状が、図２に示したように、外面と内面とに曲面を備
えた略台形状となる。

素線３を圧縮しない状態で中空撚線を形成した場合に
は、隣い合う素線同士が点接触の状態であるため、形が
崩れ、中空状態を維持できない場合もあるが、このよう
に圧縮ダイス１２を通過させることにより、素線３が圧
縮変形し、隣り合う素線３同士が面で接触することにな
るため、形崩れがなく、中空状態を確実に保つことが可
能となる。

また、圧縮ダイス１２に対して、隣り合う素線３同士
がリードワイヤ周面で重なり合ったりしないように、圧
縮ダイス１２と素線供給部１４との間には、円周方向に
均等な間隔で形成された素線通過孔１３ａを備えた目板
１３が設けられる。素線供給部１４から供給された素線
３は、この素線通過孔１３ａを通過した後、目板１３の
中心に対向する位置に設置された圧縮ダイス１２に寄せ
集められることにより、リードワイヤ１５の周囲に均等
な間隔で寄せ集められることになる。

ここで、使用するリードワイヤ１５の線径は、経験則
を踏まえて次のような計算式によって求めることが好ま
しい。

まず、使用する素線３を全て同一円周上に寄せ集めた
状態の寄せ集め外径（Ｄ）を求める。素線径（ｄ）、素
線数（ｎ）とすると、寄せ集め外径(D)=d[1/sin(360/n/2)+1]……式（１）となる。

一方、圧縮率（Ｐ）は、圧縮ダイス径（孔径）を上記
の素線３の寄せ集め外径（Ｄ）で除したものとなるた
め、圧縮率(P)=(1-圧縮ダイス径/D)×100……式（２）となる。

この結果、寄せ集められた各素線３が圧縮ダイス１２
を通過することにより変形を来して形成される中空部の
内径（ＬＤ）は、経験則から次のような比率で求めるこ
とができる。すなわち、中空部の内径(LD)=圧縮ダイス径-2d(1-P/100)(1+P/10n)……式（３）である。そして、リードワイヤとしては、この中空部内
径（ＬＤ）と同じ線径のものが採用される。

上記のようにして形成された中空撚線は、所望の長さ
で切断され、本発明の筒型フィルタエレメント１におい
てろ過部となる周壁部２を構成する。そして、周壁部２
の一端付近には、純水装置等のろ過装置内に配置される
支持板２２に形成された支持孔２２ａに挿入支持させた
際にシール材としての役割を果たすブッシュリング６が
設けられる。また、周壁部２の他端開口部を閉塞するた
め、シーリングキャップ７が配設されている。

本発明の筒型フィルタエレメント１は、図３及び図４
に示したように、ろ過装置２０の塔本体２１内に配置さ
れる支持板２２に複数形成された支持孔２２ａのそれぞ
れに、ブッシュリング６が配設された部位を挿入するこ
とにより複数本まとめてフィルタとして用いられる。こ
の際、本発明によれば、上記のような型くずれしにくい
中空撚線から周壁部２を構成しているため、中空形状を
保つためのコア材を配設する必要がない。

ろ過装置２０を構成する円筒型の塔本体２１は、例え
ば、その側部に原液注入口２３を有しており、この原液
注入口２３から加圧注入された被処理体である懸濁物質
を含んだ原液は、他端開口部がシーリングキャップ７に
より閉塞されているため、筒型フィルタエレメント１の
周壁部２を形成している隣接する素線３間の僅かな間隙
３ａから中空部４内に侵入する。このとき、この間隙３
ａを通過できない懸濁物質が捕捉される。この間隙３ａ
を通過することによりろ過された液体は、塔本体２１に
おいて支持板２２の上部に形成されたろ液室２４に溜ま
った後、該ろ液室２４に設けられたろ過液排出口２５を
通じて排出される。

筒型フィルタエレメント１の周壁部２に形成された間
隙３ａを通過できなかった懸濁物質を含む原液は、ろ過
終了後、塔本体２１の下部に形成した原液戻し口２６を
通じて回収される。一方、使用により、周壁部２を形成
する素線３の間隙３ａに懸濁物質が堆積し、目詰まりが
生じたならば、塔本体２１の上部に形成した逆洗流体入
り口２７から、逆洗流体として、例えば、圧搾空気を送
り込む。圧搾空気は各筒型フィルタエレメント１の中空
部４から間隙３ａを通じて周壁２の外部へ抜けようのす
るため、堆積した懸濁物質を間隙３ａから剥離する。そ
の後は、逆洗流体入り口２７からさらに逆洗水を供給し
て、剥離した懸濁物質と共に、塔本体２１の下部に形成
したケーク排出口２８から排出する。これにより、間隙
３ａにおける目詰まりが解消され、筒型フィルタエレメ
ント１は再生される。

なお、上記した金属製の線材からなる素線３の線径、
使用本数、これにより中空撚線を形成する際の撚ピッ
チ、間隙３ａの大きさなどは、本発明の筒型フィルタエ
レメント１の用途などにより適宜選定することができる
ものであることはもちろんである。また、上記した筒型
フィルタエレメント１の周壁部２の表面に、珪藻土など
のろ過助剤をプリコートして、より微細な空隙を利用し
たろ過を行うこともできる。

また、上記した説明では、筒型フィルタエレメント１
及びこれを用いたろ過装置により、液体を処理している
が、中空撚線を構成する素線３間の間隙３ａの大きさに
よっては気体中の微粒子（パーティクル）を捕捉する集
塵装置として用いることもできる。この場合、素線３が
金属製の線材から構成されているため、通電可能な構成
とすることにより、電気集塵機として利用することも可
能である。

また、上記した説明では、周壁部２を単層の中空撚線
から構成しているが、多層構造、すなわち、複数本の素
線３が異なる直径の中空部を有する状態で撚り合わせら
れた複数の中空撚線が積層された構造とすることもでき
る。具体的には、図６に示したように、周壁部２を、外
層中空撚線部４１と内層中空撚線部４２とから構成した
ものである。

このような多層にするためには、まず、図５（ａ），
（ｂ）に示したように、目板１３として、外層中空撚線
部４１を形成するための素線通過孔１３ａを有すると共
に、該目板１３においてそれよりも内側に内層中空撚線
部４２を形成するための素線通過孔１３ｂを備えたもの
を用意する。内層中空撚線部４２は、外層中空撚線部４
１よりも少ない素線数で形成されるため、内側に形成さ
れる素線通過孔１３ｂもこれに合わせて、外層中空撚線
部４１を形成する素線通過孔１３ａの形成数よりも少な
い。但し、いずれの場合も、円周方向に均等な間隔で形
成することは上記したものと同様である。

次に、まず、上記式（１）〜（３）から外周中空撚線
部４１の中空部４１ａの内径に見合ったリードワイヤ
（図示せず）を採用して外周中空撚線部４１を形成して
いく。そして、このリードワイヤが存在しなくなった時
点から、内層中空撚線部４２を形成する素線３を圧縮ダ
イス１２内に供給して行くが、この際、該内層中空撚線
部４２の中空部４２ａの内径に見合ったリードワイヤ１
６と一緒に供給する。これにより、内層中空撚線部４２
も、圧縮変形し、隣り合う素線３同士が、図６（ｂ）に
示したように面で接触することになる。

このようにして周壁部２を形成した場合には、ろ過時
において、外層中空撚線部４１を形成する素線３間の間
隙３ａを通過した微細な懸濁物質も、外層中空撚線部４
１と内層中空撚線部４２との間の間隙３ｂ及び内層中空
撚線部４１を形成する素線３間の間隙３ａにおいて捕捉
されることになるため、ろ過性能が向上する。なお、外
層中空撚線部４１と内層中空撚線部４２との間の間隙３
ｂにおける懸濁物質の捕捉効率を高めるため、図６
（ｂ）に示したように、外層中空撚線部４１の素線３間
の間隙３ａと内層中空撚線部４２の素線３間の間隙とが
できるだけ一直線上に配置されないように、該内層中空
撚線部４２の素線数、素線径を選択することが好まし
い。

例えば、外層中空撚線部４１として、素線径が０．１
８０ｍｍの素線３を２０本使用し、圧縮ダイス径１．１
７４ｍｍで圧縮して形成した場合には、上記式（１）よ
り、寄せ集め外径(D)=0.180[1/sin(360/20/2)+1]=1.331(mm) となり、圧縮率（Ｐ）は、上記式（２）より、圧縮率(P)=(1-1.174/1.331)×100=11.8(%)（小数点以下第２位四捨五入）となる。

従って、中空部内径（ＬＤ）は、上記式（３）より、中空部の内径(LD)=1.174-2×0.180(1-11.8/100)(1+11.8/10×20)=0.838(mm) （小数点以下第４位四捨五入）となり、リードワイヤとして線径０．８４０ｍｍのもの
を用い、図６（ｂ）においてＸ方向に撚り掛けたとす
る。

この場合には、内層中空撚線部４２として素線径０．
１８０ｍｍの素線３を１４本用い、上記式よりリードワ
イヤ１６として０．６００ｍｍのものを用いることによ
り、図６（ｂ）に示したように、外層中空撚線部４１の
素線３間の間隙３ａと内層中空撚線部４２の素線３間の
間隙とがほとんど一直線上に配置されていない互い違い
の構成となる。

なお、図６においては周壁部２を２層構造で形成して
いるが、より多層の構造とすることもできる。

試験例筒型フィルタエレメント１として、素線径が０．３３
０ｍｍのステンレス製の素線３を１５本使用すると共
に、線径１．１０ｍｍのリードワイヤを用いて、圧縮ダ
イス径１．７５７ｍｍの圧縮ダイスで圧縮して形成した
単層の中空撚線の周壁部２からなるものを製作した。ま
た、周壁部２の長さは５００ｍｍとした。

図７に示した直径１１０×直胴部長さ５００ｍｍ、容
量４．２５リットルのアクリル樹脂製のろ過塔５０の下
部付近に配設した支持板５１に対し、この筒型フィルタ
エレメント１をシーリングキャップ７が上側となるよう
に５０本取り付けた。そして、一端が該ろ過塔５０の上
部に接続され、他端が原液貯槽５２に接続されると共
に、循環ポンプ５３が介在配設された原液供給管５４を
通じて被処理体である原液を所定圧力で供給し、筒型フ
ィルタエレメント１の外部から、周壁部２を形成する素
線３間の間隙３ａを通じて中空部内に通水させてろ過
し、ろ過液をろ過塔５０の下部に設けたろ液排出口５５
からビーカ５６に採取した。周壁部２の素線３間の間隙
３ａを通過せず、ろ過されなかった原液は、支持板５１
よりも僅かに上部に接続した回収管５７により原液貯層
５２に回収した。

原液としては、石炭粉塵を含有する廃液（選炭廃液）
を用いた。この選炭廃液中の石炭粉塵（懸濁物質）の粒
度分布は、次表のとおりであった。レーザー解析散乱法
(Mictotrac)により、ＪＩＳふるい４５μｍを透過した
懸濁物質の粒度分布を測定した。

（表１）粒子径（μｍ）＜２２〜５５〜１０１０〜２０２０〜４５含有率（％）１７．５２５．７２４．６２０．９１１．３また、この原液中含まれる懸濁物質の量を、工場排水
試験方法：ＪＩＳＫ０１０２により測定したとこ
ろ、１６６×１０³ｍｇ／リットルであった。

そして、ろ過液を５分間ビーカ５６に採取した後、メ
スシリンダにて透水量（ろ過水量）を測定する作業を、
５分間隔で１８０分間繰り返した。メスシリンダにて透
水量を測定した後は、必ず原水貯槽５２にろ過液を戻し
た。

循環ポンプ５３による透水圧は、０．３８ｋｇｆ／ｃ
ｍ²とした。

結果を図８に示す。

図８から明らかなように、透水量は、１８．０ｍｌ／
ｍｉｎから１８０分経過時点で１５．３ｍｌ／ｍｉｎ
と、徐々に減っている。これは、筒型フィルタエレメン
ト１の周壁部２の素線３間の間隙３ａに選炭廃液に含ま
れている石炭粉塵が捕捉され、目詰まりが生じているこ
とを示すものであり、周壁部２を構成する中空撚線がフ
ィルタエレメントとして適していることを示している。
なお、１８０分経過時点で透水圧を０．４０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 、０．４５ｋｇｆ／ｃｍ² に増圧したところ、透水
量は、それぞれ、１６．０ｍｌ／ｍｉｎ、１８．８ｍｌ
／ｍｉｎと増加した。

また、採取したろ過液の懸濁物質の量を、工場排水試
験方法：ＪＩＳＫ０１０２により測定したところ、
１ｍｇ／リットルであり、ろ過性能がきわめて優れてい
ることがわかった。

産業上の利用の可能性本発明に係る筒型フィルタエレメントは、複数本の金
属製の線材が中空部を有する状態で撚り合わされた中空
撚線から構成され、該中空撚線の周壁部がろ過部として
機能するものである。このため、従来の円筒形のフィル
タエレメントのように、ろ材であるろ過膜等を支持する
ためのコア材を配設することが不要で、構造が簡素とな
っており、製造コストが低く、メンテナンス作業も容易
である。しかも、中空撚線を構成する線材間の間隙がき
わめて小さいため、高いろ過性能を発揮することができ
る。また、金属製の線材で構成されているため、強度が
高く、振動の発生し易い環境においての使用にも適して
いると共に、通電可能であるため、電気集塵機に応用す
ることも可能である。

また、中空撚線を構成する周壁部としては単層であっ
てもよいが、多層にすることにより、さらに高いろ過性
能を発揮させることもできる。

また、中空撚線として、任意の圧縮率で圧縮成形され
たものを用いることにより、型くずれがなく、ろ過性能
の高い筒型フィルタエレメントを製作することができ
る。

また、本発明のろ過装置は、前記筒型フィルタエレメ
ントが複数本配設されて構成されているため、構造が簡
素で、製造コストが低く、メンテナンス作業も容易であ
ると共に、中空撚線を構成する線材間の間隙がきわめて
小さいため、高いろ過性能を発揮することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 29/00 B01D 39/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の金属製の線材が中空部を有する
状態で撚り合わされた中空撚線から構成され、該中空撚
線の周壁部がろ過部として機能する筒型フィルタエレメ
ントにおいて、前記中空撚線が、任意の圧縮率で圧縮成形されたもので
あることを特徴とする筒型フィルタエレメント。
【請求項２】前記周壁部が単層であることを特徴とす
る請求項１記載の筒型フィルタエレメント。
【請求項３】複数本の金属製の線材が異なる直径の中
空部を有する状態で撚り合わせられた複数の中空撚線を
有し、各中空撚線が積層され、前記周壁部が多層となっ
ていることを特徴とする請求項１記載の筒型フィルタエ
レメント。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１に記載の前記
筒型フィルタエレメントを複数本有することを特徴とす
る過装置。