JP4215131B2 - フィルタの洗浄および浄化システム - Google Patents

Description

本発明は流体を濾過する濾過システムに関し、特に、フィルタ要素を洗浄および浄化可能な濾過システムに関する。

濾過された流体が必要な適用は数多くある。例えば、医療、製薬、歯科または埋葬器具などの消毒または殺菌を行うために、濾過水は流体細菌浄化装置に使用される。この適用で重要なことは、浄化装置内に入り込む不純物を最小限にすることである。したがって、水を消毒または殺菌処理に関して使用する前に、水はフィルタに通される。フィルタは水を濾過するため繰り返し使用されるので、フィルタには汚染物質が充満し、そのためフィルタの効率が低下することになる。したがって、フィルタを定期的に洗浄する必要が生じる。

本発明はフィルタ要素を洗浄および浄化できる改良された濾過システムを提供する。

本発明により提供される方法は、（ａ）濾過すべき流体の源と連通する第１の入口ポートを有する第１のチャンバと、（ｂ）少なくとも１つのフィルタポートを有する第２のチャンバと、（ｃ）第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素と、（ｄ）ドレンと連通する第１の出口ポートとが含まれるフィルタを操作する方法であって、
（１）第１の入口ポートからフィルタ内に流体を受け取り、（２）第１のチャンバからフィルタ要素を通して第２のチャンバにフィルタ内の流体を通過させて、流体を濾過し、（３）前記少なくとも１つのフィルタポートを通して、濾過された流体を第２のチャンバから取り除き、（４）第１の入口ポートを閉じ、（５）第１の出口ポートを開けてフィルタから排水し、（６）少なくとも１つのフィルタポートを通してフィルタ内に消毒溶液を受け取り、（７）第２のチャンバからフィルタ要素を通して第１のチャンバに消毒溶液を通過させて、フィルタ要素を効果的に洗浄する工程からなる。

本発明による別の態様によれば、（ａ）第１のチャンバと、（ｂ）第２のチャンバと、（ｃ）第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素とを含むフィルタ要素を操作する方法であって、（１）第１のチャンバからフィルタ要素を通して第２のチャンバに流体を通過させ、（２）フィルタから流体を排出し、（３）第２のチャンバからフィルタ要素を通して第１のチャンバに消毒溶液を通過させることで、フィルタ要素を逆洗浄する工程からなる方法が提供される。

本発明によるさらに別の態様によれば、（ａ）濾過すべき流体の源と連通する第１の入口ポートを有する第１のチャンバと、（ｂ）消毒溶液を受け取る少なくとも１つのフィルタポートを有する第２のチャンバと、（ｃ）第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素と、（ｄ）ドレンと連通する第１の出口ポートとが含まれ、第１のチャンバからフィルタ要素を通して第２のチャンバに流体を通過させることで流体を濾過し、かつ第２のチャンバからフィルタ要素を通して第１のチャンバに消毒溶液を通過させることでフィルタ要素を洗浄する濾過システムが提供される。

本発明によるさらに別の態様によれば、（ａ）第１のチャンバと、（ｂ）第２のチャンバと、（ｃ）第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素が含まれるフィルタを操作する方法であって、（１）圧縮空気を第１のチャンバに押し込み、（２） 第１のチャンバを所定の圧力に加圧し、（３）圧縮空気がフィルタ要素を通って第２のチャンバに移っているとき、第１のチャンバの圧力の低下を検出し、（４）検出した圧力の低下によってフィルタの完全性を決定する工程からなる方法が提供される。

本発明の利点は、フィルタを浄化流体にさらすことでフィルタを効果的に洗浄および浄化できる濾過システムが提供される点である。
本発明の別の利点は、フィルタを浄化流体にさらすことでフィルタを効果的に洗浄および浄化できる方法が提供される点である。

本発明は典型的な細菌浄化システム５に関して使用される濾過システム１０を特に参照して記載するが、これに限定するものではない。すなわち、本発明は流体の濾過が必要な広範なシステムに利用されるものである。

図面を参照するに際して、図面は発明の好ましい実施の形態を説明するだけのものであり、これに限定するものではないことに留意されたい。図３−５は典型的な流体細菌浄化システム５に関し、本発明の好ましい実施の形態による濾過システム１０を示す。流体細菌浄化システム５は一般に洗浄チャンバ２００、スプレイ装置３００、循環ポンプ４００、および化学消毒装置（ＣＤＳ）で構成される。洗浄チャンバ２００には流体を集める流体だめ２１０が含まれる。流体だめ２１０に集められた流体を加熱するのに加熱要素２２０が設けられる。スプレイ装置３００には洗浄チャンバ２００内に流体を供給する複数のノズル３１０が含まれる。詳細は以下に述べるが、循環ポンプ４００によって流体だめ２１０からシステム全体に流体が循環する。弁２５０、２５２および２５４で流体細菌浄化システム５の複数の流体経路にそって流体の流れが制御される。流体細菌浄化システム５はここに記載しない別の多くの流体経路を含むことができる。

ＣＤＳ５００には、消毒溶液を形成するため流体（例えば濾過水）と反応する消毒濃縮液または試薬を含む図示しないカートリッジまたはカップを保持する図示しないハウジングが含まれる。消毒溶液は洗浄チャンバ２００に供給され、そこで対象物（例えば医療器具）が消毒溶液に曝されて対象物の細菌浄化が行われる。また、消毒溶液は、以下に詳細に記載するように、本発明による濾過システム１０に供給される。

図１および２に本発明の好ましい実施の形態によるフィルタ２０を示す。図２はフィルタ２０を含む濾過システム１０の詳細を示す概略図である。
フィルタ２０は一般に外側ハウジング３０、フィルタ要素５０および基板７０で構成される。外側ハウジング３０には外面３２と内面３４がある。外側ハウジング３０は基板７０に固定されて空洞３６を規定する液密容器を形成する。

フィルタ要素５０には外面５２と内面５４がある。フィルタ要素５０も基板７０に固定される。好ましい実施の形態では、フィルタ要素５０は一般に比較的緻密な濾過媒体で作られた円筒構造である。好ましい実施の形態では、濾過媒体は０．１から０．５ミクロンの範囲で、さらに好ましくは約０．２ミクロンで粒子を濾過する寸法である。典型的な濾過媒体はPall社製のPall MCY4463DFLPH4フィルタカートリッジである。このカートリッジは細菌除去率が殺菌グレードで０．２μｍのFluorodyne II親水性PVDF（二重層）濾過媒体である。

図２を参照すると、外側チャンバ４０はハウジング３０とフィルタ要素５０の間に規定される。内側チャンバ６０はフィルタ要素５０の内面５４によって規定される。
基板７０にはフィルタ２０と流体連通する複数のポート７２，７４，７６，７８，８０が含まれる。この場合、第１のポート７２は外側チャンバ４０と圧縮空気源の間を流体連通する空気管９０に連結される。制御弁９２、空気フィルタ９４および（方向性）チェック弁９６が空気管９０に配置されて、以下にさらに詳しく記載するように、空気管９０内の空気流の流れと方向が制御される。チェック弁９６により流体はフィルタ２０内へのみ流れる。好ましい実施の形態では空気フィルタ９４は０．２ミクロンのフィルタである。

図面で概略示すように、第２のポート７４は流体管１００と連結して、流体細菌浄化システム５と流体連通をする。制御弁１０２が流体管１００にそって配置される。好ましい実施の形態では、制御弁１０２を閉じたとき（すなわち、エネルギーを付与していないとき）、制御弁１０２は「逆流」可能な構造になっている。この場合、弁１０２を閉じても流体は流体管１００を通ってフィルタ２０から流れ出るが、弁１０２を開くと（すなわち、エネルギーを付与すると）流体は流体管１００を通ってフィルタ内に流れ込むだけである。

ポート７６は流体管１１０と連結して、内側チャンバ６０と化学消毒装置（ＣＤＳ）５００の間で流体連通をする。制御弁１１６がＣＤＳ管１１０にそって配置される。好ましい実施の形態では、流体管１１０の一部１１２は内側チャンバ６０内に延伸する。

ポート７８は水管１２０と連結して、外側チャンバ４０と水入口の間で流体連通をする。好ましい実施の形態では、加熱された水が水入口から供給される。水は管１２０にそって水入口から外側チャンバ４０に流れ込む。好ましい実施の形態では、流れ制御装置１２２および（方向性）チェック弁１２４が管１２０にそって配置される。流れ制御装置１２２によって水入口から外側チャンバ４０への水の流れが制御される。チェック弁１２４により流体はフィルタ内へのみ流れる。

ポート８０は排水管１３０に連結して、外側チャンバ４０とドレンの間で流体連通をする。流体は外側チャンバ４０からドレンまで排水管１３０にそって流れる。制御弁１３２が排水管１３０にそって配置され、ドレンへの流体の流れが制御される。

またポート３８を外側ハウジング３０に任意に形成することができる。ポート３８は凝縮器管１４０に連結して、外側チャンバ４０と凝縮器装置の間で流体連通をする。凝縮器装置には直接接触式の冷水凝縮器が含まれるのが好ましい。制御弁１４２を凝縮器管１４０にそって設け、凝縮器への流体の流れを制御する。

管９０と管１１０の間に流体連通をする管１５０が配置される。好ましい実施の形態では、管１５０は空気フィルタ９４とチェック弁９６の間の管に連結し、また制御弁１１６とポート７６の間の管１１０にも連結する。連結管１５０にそってニードル弁１５２とチェック弁１５４が配置される。ニードル弁１５２に関して戻り管（バイパス管）１５５が設けられる。戻り管１５５にはチェック弁１５６が含まれる。戻り管１５５でニードル弁１５２に関係する高圧の状態が制御される。この場合、ニードル弁１５２を流れる流体に関係する圧力が所定の圧力を超えると、流体は戻り管１５５にそって流れて高圧の状態が防止される。

管１００と１１０の間に管１０５が配置され、その間で流体連通が行われる。好ましい実施の形態では、管１０５は制御弁１０２と洗浄チャンバ２００の間の管１００に連結し、また制御弁１１６とＣＤＳ５００の間の管１１０に連結する。制御弁１０６が管１０５に配置される。

好ましい実施の形態では、制御弁９２，１０２，１０６，１１６，１３２および１４２はソレノイドで作動する。
図示しない制御ユニットで制御弁９２、１０２，１０６，１１６，１３２，１４２および１５２、空気源および水入口に関係する流れ制御装置１２２が制御される。好ましい実施の形態では、制御ユニットはマイクロコントローラまたはマイクロコンピュータの形態をとる。この同じ制御ユニットで循環ポンプ４００、弁２５０，２５２および２５４、さらに流体細菌浄化システム５の他の部品を制御するのが好ましい。

本発明の好ましい実施の形態では、流体（液体）の流れが排水管１３０に関係するポート８０に向かうようにフィルタ２０を傾斜させる。これで外側および内側チャンバ４０，６０から液体が容易に出て行く。

濾過システム１０の操作について特に図３−５を参照して次に詳細に記載する。ここで開示する濾過システム１０の操作方法は本発明の好ましい実施の形態を説明するためのものであり、発明を限定するものではない。

流体細菌浄化システム５によって、（１）流体だめ２１０を濾過水で満たす充填モード、（２）消毒濃縮液をＣＤＳ５００内で濾過水に溶解させて消毒溶液（例えば、過酢酸）を形成する溶解モード、（３）消毒溶液をフィルタ２０内で循環させてフィルタ要素５０を洗浄および消毒する逆流フィルタ洗浄モード、（４）洗浄チャンバ２００内ですすぎ水を循環させるすすぎモード、（５）フィルタ２０と洗浄チャンバ２００から排水する排水モード、および（６）フィルタ２０の完全性を試験するフィルタ試験モード、の１つ以上の操作が実行される。

次に充填モードについて図３を参照して記載する。フィルタ２０を空にし、弁９２，１０２，１０６，１１６，１３２，１４２および１５２を閉じた状態から始め、流れ制御装置１２２を制御して、加熱水を水入口から水管１２０を通して外側チャンバ４０に入れる。この場合、水管１２０にそった水圧力によって方向性チェック弁１２４が開き、そのため加熱水は外側チャンバ４０に流れ込む。外側チャンバ４０に満たされた加熱水はフィルタ要素を（外面５２から内面５４に）通過して、濾過水として内側チャンバ６０に入る。内側チャンバ６０に満たされた濾過水は管１００を通って内側チャンバ６０から出て行く。前述したように、弁１０２は閉じたとき「逆流」可能な構造になっている。したがって、濾過水がフィルタ２０の内側チャンバ６０に入ると、水圧が弁１０２の出口側にかかる。したがって、濾過水は弁１０２を通って逆流することによって内側チャンバ６０から出て行く。好ましい実施の形態では、弁２５０および２５２が制御されて、濾過水は流体だめ２１０に流れ、続いて循環ポンプ４００で汲み出される。流体だめ２１０が所望のレベルまで充填されると、流れ制御装置１２２が閉鎖されて加熱水がこれ以上フィルタ２０内に入ることが防止される。

加熱水が最初にフィルタ２０内に流れ込む際に、制御弁１４２を一瞬（例えば、１−５秒）開き、フィルタ２０内の空気を凝縮器管１４０を通して凝縮器に通過させることもできる。

溶解モードにおいては、濾過水をＣＤＳ５００に供給することによって、消毒濃縮液が濾過水に溶解して消毒溶液が形成される。このために、弁１０６を開き、一方、弁１０２と１１６は閉じる。したがって、循環ポンプ４００で汲み出された濾過水はフィルタ２０に入ることなく循環ポンプ４００からＣＤＳ５００まで流れることができる。好ましい実施の形態では、流れ制御装置１２２を制御して、弁１０６が開いている間は、水のフィルタ２０への流入が停止される。

次に、逆流フィルタ洗浄モードについて図４を参照して記載する。ＣＤＳ５００からの消毒溶液は逆流操作のためフィルタ２０に導入されて、フィルタ要素５０を洗浄消毒する。このため、流れ制御装置を制御して、水入口からの水の流れを止める。さらに、排水弁１３２を開き、フィルタ２０に残っている水を排水管１３０に通してドレンに流す。その結果、水は外側チャンバ４０から取り除かれる。弁１０６は開いたままで、弁１０２および１１６を開き、消毒溶液を管１１０および１００を通して内側チャンバ６０に流す。内側チャンバ６０に充填された消毒溶液はフィルタ要素を（内面５４から外面５２に）通過する。外側チャンバ４０の消毒溶液は排水管１３０を通ってフィルタ要素２０から出て行く。

排水弁１３２の操作を制御して外側チャンバ４０から水を除去することによってフィルタの洗浄が容易になる。この場合、水を除去すると、消毒溶液がフィルタ要素５０を通過するので、外側チャンバ４０に水がある場合に通常生じるフィルタ要素５０の「濃度勾配」がなくなる。フィルタ洗浄によって消毒溶液は完全にフィルタ要素５０を通過できる。「濃度勾配」は消毒溶液が外側チャンバ４０に残っている水と混ざる結果として生じる。したがって、消毒溶液が内側チャンバ６０から外側チャンバ４０に通過するとき、より希薄になるので濃度勾配が起こるのである。

すすぎモードでは、循環ポンプ４００により、すすぎ水が洗浄チャンバ２００を通って循環する。フィルタ２０をすすぎ水から分離するために、弁１０２、１０６および１１６を閉じる。すすぎ水のバクテリア含有量は未知であるので、すすぎ水をフィルタ２０に入れるのは好ましくない。しかし、すすぎ水が洗浄チャンバ２００を通して循環している間に、循環ポンプ２００に新しい濾過水を供給することは可能である。この場合、流れ制御装置１２２を制御して加熱水がフィルタ要素２０内に流れる。この加熱水は前に述べたように濾過され、フィルタ２０から管１００を通って流体細菌浄化システム５に流れる。前述したように、フィルタ２０から出て行く濾過水は弁１０２が閉じていても通過することができる。

次に排水モードについて図５を参照して説明する。洗浄チャンバ２００から排水する必要があるときは、フィルタ２０からも排水するのがこのましい。この場合、流れ制御装置１２２を制御して加熱水が管１２０を介してフィルタに流れることを防止する。それから排水弁１３２を開いてフィルタ２０から排水する。弁９２を開き、空気源を活性化させて空気管９０を通してフィルタに空気を供給することによって、フィルタ２０に残っている水は除去される。この場合、空気管の空気圧でチェック弁９６が開けられるので、空気は外側チャンバ４０に入り、外側チャンバ４０が加圧される。加圧された空気によって水は排水管１３０を通してドレンに押し出されるので、外側チャンバ４０に残った水は排出されることになる。また、ニードル弁を開くと、空気源から内側チャンバに空気を入ることができ、内側チャンバ６０は加圧される。この場合、管１５０の空気圧でチェック弁１５４が開き、空気は管１１０を通過して内側チャンバ６０内に入る。内側チャンバ６０内の残水はフィルタ２０を「逆流」して管１００を通って出て行く。なお、この排水操作の間は、弁１０２，１０６および１１６はずっと閉じられている。

フィルタ試験モードにおいてはフィルタ２０の完全性を点検する。この操作モードでは、排水弁１３２を閉じ、凝縮器弁１４２を閉じ、流れ制御装置１２２を制御して入ってくる水を妨げ、さらに弁１５２、１０６および１１６を閉じる。それから、弁９２を開いて空気源からの空気を空気管９０を通して外側チャンバ４０に入れる。管９０にそって配置した圧力センサ１６０（例えば、圧力変換器）が外側チャンバ４０内の圧力を監視するのに使用される。好ましい実施の形態では、外側チャンバを所定の圧力（例えば約４０ｐｓｉ（２７６ｋＰａ））に加圧する。圧力センサ１６０はフィルタ要素５０からガスが拡散することで生じる圧力の低下を監視し、フィルタ２０の作動状態を決定するのに使用される。圧力センサは前述の制御ユニットに連結するのが好ましい、制御ユニットにはフィルタ完全性試験の合否を操作者に指示する可視または音声の指示器が含まれる。フィルタ完全性試験が完了した後、弁１４２を開き、空気を凝縮器に放出することでフィルタ内の圧力を抜く。

消毒溶液用にフィルタ要素５０を通って流れる流体の方向と、濾過操作の間に加圧水の濾過のためにフィルタ要素５０を通って流れる流体の方向とは逆になるので、本発明が提供するフィルタ２０の洗浄は改良されたものとなる。さらに、消毒溶液をフィルタ要素５０に移す前に、フィルタ２０から水が除去されるので、消毒溶液の濃度勾配がなくなる。

本明細書を見て理解する際に、他人には他の修正や変更が生じうる。このような修正および変更はすべて特許請求の範囲またはそれと同等なものである限り、本発明に含まれるものである。

本発明は一定の部分および部分の配置において具体的な形態をとり、その好ましい実施形態は明細書で詳細に記述し、かつ一部を形成する付帯する図面で説明する。
内部を示すため部分的に剥がした、フィルタを含む濾過システムの斜視図である。 図１に示す濾過システムの概略図である。 図１に示す濾過システムの概略図であって、典型的な流体細菌システムに関連して使用され、充填モード操作中の図である。 図１に示す濾過システムの概略図であって、典型的な流体細菌システムに関連して使用され、循環モード操作中の図である。 図１に示す濾過システムの概略図であって、典型的な流体細菌システムに関連して使用され、排水モード操作中の図である。

Claims (17)

1. （ａ）濾過すべき流体の源と連通する第１の入口ポートとドレンに連通する第１の出口ポートとを有する第１のチャンバと、（ｂ）少なくとも１つのフィルタポートを有する第２のチャンバと、（ｃ）第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素とが含まれる流体細菌浄化システムのフィルタを操作する方法であって、
   第１の入口ポートからフィルタ内に流体を受け取り、
   第１のチャンバからフィルタ要素を通して第２のチャンバにフィルタ内の流体を通過させて流体を濾過し、
   前記少なくとも１つのフィルタポートを通して、濾過された流体を第２のチャンバから取り除き、
   第１の入口ポートを閉じ、
   第１の出口ポートを開けてフィルタから流体を排水し、
   少なくとも１つのフィルタポートを通してフィルタ内に、第２のチャンバから移した濾過流体と消毒濃縮液を混合して生成した消毒溶液を受け取り、
   第２のチャンバからフィルタ要素を通して第１のチャンバに消毒溶液を通過させて、フィルタ要素を効果的に洗浄し、
   フィルタから第１の出口ポートを通して消毒溶液を取り除く
   工程からなる方法。
2. フィルタ内に圧縮ガスを受け取る工程がさらに含まれる請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のチャンバと連通する第２の入口ポートを通してフィルタ内に前記圧縮ガスを受け取り、第１の出口ポートを通して前記第１のチャンバから流体を押し出す、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのフィルタポートの第１のポートを通して前記第２のチャンバに前記圧縮ガスを受け取り、前記少なくとも１つのフィルタポートの第２のポートを通して前記第２のチャンバから流体を押し出す、請求項２に記載の方法。
5. 前記フィルタに受け取る前に前記圧縮ガスを濾過する、請求項２に記載の方法。
6. 前記流体は水である、請求項１に記載の方法。
7. 前記圧縮ガスは空気である、請求項２に記載の方法。
8. 前記第１のチャンバは外側チャンバであり、かつ前記第２のチャンバは内側チャンバである、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１の出口ポートは前記第１のチャンバと連通する、請求項１に記載の方法。
10. 濾過すべき流体の源と連通する第１の入口ポートを有する第１のチャンバと、
    消毒溶液を受け取る少なくとも１つのフィルタポートを有する第２のチャンバと、
    第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されたフィルタ要素と、
    ドレンと連通する第１の出口ポート
    を備えた濾過システムであって、
    第１のチャンバからフィルタ要素を通して第２のチャンバに流体を通過させることで流体を濾過し、第２のチャンバからフィルタ要素を通して第１のチャンバに消毒溶液を通過させることでフィルタ要素を洗浄する、濾過システム。
11. フィルタに圧縮ガスを受け取るため、前記第１のチャンバと連通する第２の入口ポートをさらに備え、圧縮ガスにより第１のチャンバから流体を押し出すことでフィルタ内の残留流体を排出する、請求項１０に記載の濾過システム。
12. 前記圧縮ガスは空気である、請求項１１に記載のシステム。
13. 圧縮ガスを前記少なくとも１つのフィルタポートの第１のポートを通して前記第２のチャンバ内に受け取り、前記少なくとも１つのフィルタポートの第２のポートを通して前記第２のチャンバから流体を押し出す、請求項１０に記載の濾過システム。
14. 前記圧縮ガスは空気である、請求項１３に記載の濾過システム。
15. 前記流体は水である、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記第１のチャンバは外側チャンバであり、前記第２のチャンバは内側チャンバである、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記第１の出口ポートは前記第１のチャンバと連通する、請求項１０に記載のシステム。

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