JP6804089B2 - 糸巻フィルター、及びろ過モジュール - Google Patents

Description

この発明は、筒状のコアに糸を巻回した糸巻フィルターに関し、特に、いわゆる逆洗が可能な糸巻フィルター、及びこれを用いたろ過モジュールに関する。

従来使用されている糸巻フィルターは、円筒状の内芯（コア）の上に、糸径２〜５ｍｍ程度の比較的太い木綿や化繊の撚糸が、１５〜３０ｍｍの厚さで多層に巻回されたもので、ろ過の対象となる原水を糸層の外側から、あるいは内芯の内側から加圧して糸層を通過させる過程において、糸層の間に微粒子などの夾雑物を捕捉するように設計されている。
つまり、夾雑物は糸層内において捕捉され、目詰まりをした段階でフィルター自体を廃棄して新しいフィルターと交換して使い捨てされている。

この糸巻フィルターによる従来からのろ過方法は、（１）ろ過装置の操作が簡単で、（２）糸層を厚くするだけで、ろ過精度を上げられる、（３）０．１μｍ程度のろ過性精度が簡単に得られる、（４）ろ過量が簡単に増減できるといった簡便性にメリットが有り、加えて、安全性、衛生性にも優れることから、食品、化学薬品製造等の分野で広く使用されている。

ところが、糸巻フィルターは一定期間ろ過を継続すると、水中の夾雑物がろ滓として糸層間に堆積し、糸層の間隙が閉塞してろ過の機能が低下する。
元来糸巻フィルターは、使い捨てすることを前提に製造されており、逆洗や洗浄によってろ過が可能になるようにろ過状態を回復させることは考えられていない。
従って、無理に逆洗によって機能回復を図ろうとしても、機能が落ちた時点で、既に目詰まり状態（夾雑物の蓄積を目的としており、排出出来る構造にはなっていない。）であり、逆洗は不可能である。
また、強い水圧で逆洗を実施しても、逆洗水の圧力により巻かれた糸が伸縮し、糸がずれて隙間を生じてしまう。すると、逆洗水が、ろ滓の溜まったところを迂回してこの隙間を通過することから、糸巻フィルターは逆洗の効果が低下し、そのため、フィルター寿命が短く、ランニングコストが嵩むという問題が有る。
これらの事情から、特殊な用途の場合を除き、汎用の逆洗できる糸巻フィルターは存在しない。

そこで、特許文献１では、ろ滓が付着してフィルターを通過する液体流量が減少すると、自動的にモータでろ滓が付着した外側の糸を巻き取ることにより、目詰まりの少ない糸を露出させて、糸巻フィルターでろ過できる流量を回復させるという浄化装置が提案されている。

また、特許文献２では、内周側から外周側へ原水を通過させる糸巻フィルターにおいて、円筒状芯材の内部に収容した粒状部材を原水の流れによりフィルター内周面に衝突させてろ滓を除去する方法や、モータにより駆動されるブラシにより、フィルター内面のろ滓を除去する方法が提案されている。

特開平１０−２７７３２０号公報 特開平１０−２７６９２５号公報

しかし、特許文献１や特許文献２の糸巻フィルターでは、モータ等の駆動装置を必要とし、装置が複雑で高価になるという問題や、浄水装置のメンテナンスにかかる手間が増えるという問題が有る。
また、特許文献１のように糸を繰り返し解いてしまうと、フィルターに残る糸が少なくなるため、ろ過量の多い浄水場等には使えないという問題があり、特許文献２の方法では、円筒状芯材が邪魔になってフィルターの内周側は掃除しにくいという問題がある。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成でろ過量が多く、逆洗効果の高い糸巻フィルターの提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、側壁に多数の通水孔を有する円筒状の内芯と、厚み方向に真っすぐ貫通する多数の通水孔を有するとともに、折線を前記内芯の軸方向に平行にして前記内芯を筒状に包むプリーツ状の外芯と、前記外芯に糸を巻回して形成される糸層とを備え、前記糸層は、少なくとも周方向の１箇所で、少なくとも一部の糸同士が接着されている糸巻フィルターである。

このように、本発明の糸巻フィルターでは、少なくとも周方向の１箇所で、少なくとも一部の糸同士を接着するようにしたので、逆洗の際に糸層の糸がずれることを抑制でき、糸間に間隙が生じ、逆洗水がろ滓の蓄積箇所を迂回して洗浄能力が落ちることを抑制できる。
また、本発明の糸巻フィルターは、円筒状の内芯と糸層の間に外芯を介在させることで糸層を薄くできるので、これによって、ろ過水量を大幅に増やすことができ、かつ逆洗が行いやすくなる。加えて、外芯をプリーツ状部材により構成したことで、糸層と外芯との接触面積が小さくなり、洗浄水が通過する面積が大きくなるので、これによっても、糸層の洗浄効果を高めることができる。

前記糸層は、半周ごとの２箇所のみで、少なくとも一部の糸同士が接着されていることが好ましい。
こうすることで、糸の１周分の半分を、逆洗の際に、伸縮させたり振動させたりできる。

前記外芯は、プリーツを有する板状部材を巻回してなることが好ましい。こうすることで材料となる板状部材の長さを変えるだけで外芯の外径を変更できるため、糸層の厚みを容易に増減することができる。
具体的に説明すると、糸層の厚みを１〜３ｍｍと薄くし、かつフィルターの外径を規格の６５ｍｍにした場合、外芯の外径をｍｍ単位で調整することは難しい。
本発明では、プリーツを有する板状部材を巻回して外芯を形成するので、プリーツを有する矩形の板状部材を数ｃｍ増減することによって、外径の太さをｍｍ単位で増減できる。

前記糸層は、最も内側に巻回される内側部分が、内外方向の中間に巻回される中間部分よりも糸が太いことが好ましい。内側部分は、ろ過面積が小さくなるため、このように、内側部分の糸を太くすることで、ろ過量を増やし、かつろ過をスムーズに行うことができる。

前記糸層は、最も外側に巻回される外側部分が、前記中間部分よりも糸が太いことが好ましい。本発明の糸巻フィルターをクロスフロー式の浄水装置に用いた場合、糸層の外側部分は、常時クロスフローの流れに晒される。このように、糸層の外側部分の糸を中間部分の糸より太くすることで、糸層の耐摩耗性を向上させるとともに、逆洗時の通水をスムーズにし、逆洗を効率的に行うことができる。

本発明は、原水を貯留した浸漬槽に浸漬して用いられ、鉛直方向に延びる棒状孔からなるろ過室を備えたケーシングと、上端が閉じられた筒状をなし軸方向を鉛直方向にして前記ろ過室の内部に装填されるとともに外周面をろ過面とするろ過フィルターとを備え、前記ケーシングは、上端側に前記ろ過室の周壁と前記ろ過フィルターの間隙に連通する原水流入口を有するとともに、下端側に当該間隙に連通し、当該間隙を通過した原水からなる循環水を排出する循環水排出口、及び前記ろ過フィルターを通過したろ過水を排出するろ過水排出口を有するろ過モジュールであって、前記ろ過室の周壁には、前記ろ過面を取り囲むようにらせん状の通水路が設けられ、前記原水流入口は、上方に開口し、前記ろ過室は、前記原水流入口と前記間隙を連通する原水溜まりを有し、前記原水溜まりは、下端部に下方に向けて徐々に縮径するホッパー状部を含み、前記らせん状の通水路は、前記原水溜まりに始端を有し、前記ろ過フィルターは、糸巻フィルターからなり、前記糸巻フィルターは、側壁に多数の通水孔を有する円筒状の内芯と、多数の通水孔を有するとともに、折線を前記内芯の軸方向に平行にして前記内芯を筒状に包むプリーツ状の外芯と、前記外芯に糸を巻回して形成される糸層とを備え、前記糸層は、少なくとも周方向の１箇所で、少なくとも一部の糸同士が接着されていることを特徴とするろ過モジュールを含む。
本発明のろ過モジュールは、このように、ろ過室の周壁にらせん状の通水路が設けられ
ているため、ろ過フィルターとろ過室周壁の間隙に流入した原水は、らせん状の通水路に
流入して旋回しながら流下する。この原水の旋回による遠心力により、原水中の夾雑物が
ろ過面から遠ざかる方へ分離される。加えて、らせん状に旋回する水流と、ろ過フィルタ
ーのろ過面に沿って鉛直に流下する水流とが相俟って、ろ過フィルター表面に多様な水流
を生ぜしめることができるため、糸巻フィルターに付着したろ滓を効率的に除去すること
ができる。

また、本発明に係るろ過モジュールは、浸漬槽の原水に浸漬することにより、ろ過フィルターとろ過室内壁の間隙に流入した原水をらせん状の通水路に沿って回転させるにあたり、浸漬槽に貯留された原水の水頭圧を利用して十分に遠心力が働かせることができる。

また、本発明に係るろ過モジュールは、原水流入口が、上方に開口していることにより、浸漬槽に貯留された原水を、この原水流入口からホッパー状部へ勢いよく取り込むことができ、ホッパー状部で勢いをつけて助走させて、らせん状の通水路に流入した際に十分な遠心力を生むために必要な加速と回転運動を与えることができる。

また、本発明に係るろ過モジュールは、ろ過室が、原水流入口と間隙を連通する原水溜まりを有し、原水溜まりが、下端部に下方に向けて徐々に縮径するホッパー状部を含み、らせん状の通水路が、原水溜まりに始端を有することで、原水溜まり（ホッパー状部）に設けられたらせん状の通水路で、原水をらせん状に回転させながら、前記間隙のらせん状の通水路に効率よく流入させることができるため、ろ過フィルターの表面に沿って原水が流下することを抑制できる。
さらに、原水流入口が上方に開口し、ろ過室が、原水流入口と間隙を連通するとともに下方に向かって徐々に縮径するホッパー状の原水溜まりを有することで、逆洗を行う際に、原水流入口側へ水を排出しやすい。

以上説明したように、本発明の糸巻フィルターによれば、簡易な構成により抵コストで生産可能でありながら、十分な逆洗効果を得ることが出来る。

図１は、本発明の一の実施形態に係る糸巻フィルターの斜視図である。 図１に示した糸巻フィルターの平面図である。 図１に示した糸巻フィルターに上下のソケットを付して示した正面図である。 図１に示した内芯を開いた状態の正面図である。 図４の内芯を開いた状態の斜視図である。 図１に示した外芯を板状に広げた状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。 図１の糸巻フィルターを浸漬型のろ過モジュールに用いた例を示す縦断面図である。 図４の糸巻フィルターの下部ソケット周辺を示す要部縦断面図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は、以下の浸漬型のフィルターとしての実施形態に限定されるものではなく、汎用のフィルターにも使用出来る。
図１は、本発明の一の実施形態に係る糸巻フィルター１０を示している。糸巻フィルター１０は、図１に示したように、内芯１と、外芯２と、糸層３とを主に備える他、図３に示すように、上部ソケット４と、下部ソケット５とを備えている。糸巻フィルター１０は、図７に示すように、浸漬型のろ過モジュール１００に装填して用いられる。

内芯１は、図４、及び図５に示すように、一対の半割円筒状部材１１、１２の内外面１７，１８を同じ方向に向けた状態で、半割円筒状部材１１，１２の軸方向（図４の上下方向）に平行な端辺同士を薄肉ヒンジ１３で連結した形状に、樹脂を射出成型して一体に形成し、これをヒンジ１３で２つ折りにして図１に示したような円筒状に形成されている。半割円筒状部材１１，１２は、厚み方向に貫通する矩形の通水孔１４が、縦横に多数並ぶ格子状に設けられている。半割円筒状部材１１，１２の内面１７には、図５に示すように、長手方向を３分割するように２条の凸条１５，１５が設けられ、内圧に対する補強がなされている。

外芯２は、図６に示すように、樹脂製、又は金属製の板材をプレス成型して、プリーツ状に形成された矩形の板状部材からなり、その縦辺２３に平行に、かつ交互に繰り返すように設けられる多数の山折線２１，…と、多数の谷折線２２，…とを有している。隣接する山折線２１，２１の間隔は、例えば、内芯１に巻き付けた状態で、７ｍｍ〜１０ｍｍである。外芯２は、図１に示したように、円筒状にした内芯１の外面１８に巻回されて、両縦辺２３，２３を溶着、又は粘着シール、嵌合等により接合されている。山折線２１と谷折線２２の間には、多数の矩形の通水孔２４，２４，…が、一列ずつ並んでいる。

一般に、糸巻フィルターは、交換可能なカセットとして用いられるため、例えば外径がφ６５ｍｍというように流通する寸法が決まっており、ろ過精度を調整するために、糸層３の厚みを加減する場合は、糸層３の内径を拡縮することになる。本実施形態では、糸層３の内径を小さくしたい場合、外芯２の折線２１，２２に垂直な方向の長さを短くすると、内芯１に巻回した際に、プリーツが広がって、プリーツの高さが低くなり、これに巻回する糸層３の内径が小さくなる（糸層３が厚くなる）。糸層３の内径を大きくしたい場合は、これとは逆に、外芯２の折線２１，２２に垂直な方向の長さを長くする。すると、内芯１に巻回した際に、プリーツが狭まって、プリーツの高さが高くなり、これに巻回する糸層３の内径が大きくなる（糸層３が薄くなる）。このようにして、糸層３の厚みを１ｍｍ〜２ｍｍ増減できる。

糸層３は、プリーツを備えた外芯２に、木綿やポリプロピレン等の撚糸３１を幾重にも巻回して形成されている。糸層３に用いる撚糸３１は、一般に糸巻フィルターに用いられる公知の糸を、目標とするろ過量やろ過精度に合わせて適宜に選択して用いることができ、糸径がφ１０μｍ以上φ２００μｍ以下のものが好ましく、材質としては、ポリプロピレン、又はポリエチレンが好ましく、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みに形成することが好ましい。
従来の糸巻フィルターが糸層内で夾雑物を堆積させることによって阻止するのに対し、本発明は糸層の表面で夾雑物を阻止するものであり、このように、糸径をφ２００μｍ以下とすることで、糸の隙間を狭くできるため、糸層の表面で、夾雑物を捕集できる。また、糸層を３ｍｍ以下とすることによって、ろ過精度と十分なろ過量を確保し、かつ十分に逆洗を行うことが可能となる。

糸層３は、外芯２に隣接する内側部分３ａと、最も外側に巻回される外側部分３ｃが、内側部分３ａと外側部分３ｃの間の中間部分３ｂよりも太い糸が巻回されている。
内側部分３ａは、中間部分３ｂや、外側部分３ｂに比べてろ過面積が小さくなるため、内側部分３ａの糸を太くすることで、ろ過量を増やし、かつろ過をスムーズに行うことができる。

また、本実施形態のように、糸巻フィルター１０をクロスフロー式の浄水装置に用いた場合、糸層３の外側部分３ｃは、常にクロスフローに晒されることとなるが、外側部分３ｃの糸を中間部分３ｂの糸より太くすることで、糸層３の耐摩耗性を向上させることができる。さらに、外側部分３ｃの糸を太くすることで、逆洗時の通水をスムーズにできるため、逆洗を効率的に行うことができる。

また、糸層３は、接着剤により、周方向の１箇所以上で（例えば、周方向の２箇所で）、外芯２の山折線２１に沿って、糸層３の表面に設けられる接着線１９により、隣接する糸同士が接着されている。糸層３の外側から水溶性の接着剤を線状に塗布する場合には、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ幅で内部に浸透させ結果として表層からの深さが１〜２ｍｍ程度に接着剤を塗布する。あるいは、接着線１９は、糸層３の内側から接着剤を線状に塗布してもよい。この場合は、特に外芯２の山折線２１の位置に合わせる必要はない。

このように、糸層３１の糸３１に線状の接着線１９を設けて、糸３１を互いに接着することで、ろ過や逆洗の際に糸が上下にずれたり、糸がよじれたりすることを抑制できる。また、本実施形態では、周方向の２箇所に接着線１９を設けたので、糸３１は、１周分の半分は逆洗の際に糸が伸縮したり振動したりすることになる。この半円の振動によっても、逆洗効果を低下させることはない。

上部ソケット４は、図７に示すように、中実に形成されて、内芯の上端を密閉している。また、下部ソケット５は、内芯１の内側へ透過したろ過液を排出するろ過水排出口５１を有している

ろ過モジュール１００のケーシング１０１は、図７に示すように、鉛直方向に延びる棒状孔からなるろ過室１０２を有し、ろ過室１０２に、糸巻フィルター１０が軸方向を鉛直方向にして装填されている。

糸巻フィルター１０は、上側ソケット４により、上端開口が閉じられ、下端に糸巻フィルター１０の内芯１の内部空間１１９に連通するろ過水排出口１０５を備えた下側ソケット５が装着されている。

ケーシング１０１は、上端側に、上方へ開口し、ろ過室１０２の周壁１０６と糸巻フィルター１０の間隙１１０に連通する原水流入口１０３を有し、下端側に間隙１１０に連通し、間隙１１０を通過した原水を排出する原水排出口１０４を有している。

そして、ろ過室１０２の周壁１０６には、糸巻フィルター１０の外周を取り囲むようにらせん状の通水路１０７が設けられている。これにより、間隙１１０に流入した原水は、らせん状の通水路１０７に流入して旋回しながら流下する。この原水の旋回による遠心力により、原水中の固形分等の夾雑物がろ過面から遠ざかる方へ分離される。加えて、らせん状に旋回する水流と、糸巻フィルター１０の外周面に沿って鉛直に流下する水流とが相俟って、糸巻フィルター１０表面に多様な水流を生ぜしめることができるため、ろ過面に付着したろ滓を効率的に除去することができる。

ケーシング１０１は、原水流入口１０３とろ過室１０２の間に、下方へ向けて円錐状に徐々に縮径するホッパー状の原水溜まり１１１を有する。らせん状の通水路１０７は、原水溜まり１１１に始端を有し、原水溜まり１１１から間隙１１０まで連続して設けられている。
これにより、間隙１１０に流入した原水がらせん状の通水路１０７に入ることなく、ろ過フィルターの表面に沿ってショートカットすることを抑制できる。即ち、原水溜まり１１１かららせん状の通水路１０７を設けることで、原水溜まり１１１に設けられたらせん状の通水路１０７で、原水をらせん状に回転させながら、間隙１１０のらせん状の通水路１０７に効率よく流入させることができるため、ろ過フィルターの表面に沿って原水が流下することを抑制できる。

浸漬型の浄化装置（不図示）において、ろ過モジュール１００を、ろ過対象となる原水を貯留した浸漬槽に浸漬し、ろ過処理用ポンプＡを駆動すると、原水流入口１０３から原水Ｗ１が流入し、原水溜まり１１１に流入する。原水溜まり１１１に流入した原水Ｗ１は、らせん状の通水路１０７によってらせん状に旋回しながら間隙１１０に流入する。間隙１１０に流入した原水Ｗ１は、一部が糸巻フィルター１０の糸層３、外芯２、及び内芯１を通過して、ろ過水Ｗ２となって内芯１の内部空間１１９へ流入し、内芯１下端のろ過水排出口１０５から排出され、ろ過水Ｗ２を貯留するタンク等、適宜の次工程装置へ流送される。

間隙１１０に流入した原水のうち、糸巻フィルター１０を通過しなかった他の原水は、らせん状の通水路１０７を旋回しながら流下し、あるいは、糸巻フィルター１０の糸層３の表面に沿って流下する。これにより、糸巻フィルター１０の糸層３の外面に蓄積されたろ滓がクロスフロー効果によって、剥離される。剥離されたろ滓は、間隙１１０を流下する原水（循環水）Ｗ２に従って、循環水排出口１０４から排出される。原水（循環水）Ｗ２は、浸漬槽に戻され、再度ろ過モジュール１００により処理される。

糸巻フィルター１０の逆洗を行う場合は、逆洗用ポンプＢにより洗浄水を加圧して、糸巻フィルター１０の内部空間１１９から内芯１、外芯２、及び糸層３を外側へと、洗浄水を通過させる。これによって糸層１の外面に蓄積したろ滓を剥離できる。
ここで、糸層３は、ポリプロピレン、又はポリエチレン製の、直径がφ１０μｍ以上φ１００μｍ以下からなる撚糸を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みに巻回したため、ろ過精度を損なうことなく十分なろ過量を確保して、かつ、繰り返しろ過能力を回復して、長期に亘り使用可能な逆洗を行うことができる。

本発明は、上記の実施形態に限られず、例えば、内芯３は、初めから２つ割でなく円筒状に一体成型してもよい。外芯１も初めから円筒状にしてもよい。糸は、周方向の１箇所、あるいは３箇所以上で、隣接する糸に接着してもよい。また、ろ過モジュールは、浸漬型のろ過モジュールではなく、加圧型、ケーシング収納型、その他の非浸漬型のろ過モジュールとしてもよい。内芯内面の凸条は無くてもよいし、長さに応じて、２個以下、又は４個以上設けてもよい。

本発明の糸巻フィルター及びろ過モジュールは、ろ過精度を損なうことなく、十分なろ過量を確保でき、かつ十分に長期に使用できるほど、逆洗を繰り返して行うことができるため、浄水場等、大きなろ過量を必要とする施設にも十分に適用可能である。

１０ 糸巻フィルター
１ 内芯
１１，１２ 半割円筒状部材
１４ 通水孔
２ 外芯
２１ 山折線（折線）
２２ 谷折線（折線）
２４ 通水孔
３ 糸層
３ａ 内側部分
３ｂ 中間部分
３ｃ 外側部分
３１ 糸
１００ ろ過モジュール
１０１ ケーシング
１０２ ろ過室
１０３ 原水流入口
１０４ 循環水排出口
１０５ ろ過水排出口
１０６ 周壁
１０７ らせん状の通水路
１０８ ホッパー状部
１１０ 間隙
１１１ 原水溜まり

Claims (6)

1. 側壁に多数の通水孔を有する円筒状の内芯と、
   厚み方向に真っすぐ貫通する多数の通水孔を有するとともに、折線を前記内芯の軸方向に平行にして前記内芯を筒状に包むプリーツ状の外芯と、
   前記外芯に糸を巻回して形成される糸層と
   を備え、
   前記糸層は、少なくとも周方向の１箇所で、少なくとも一部の糸同士が接着されている糸巻フィルター。
2. 前記糸層は、半周ごとの２箇所のみで、少なくとも一部の糸同士が接着されている請求項１に記載の糸巻フィルター。
3. 前記外芯は、プリーツを有する板状部材を巻回してなる請求項１又は請求項２に記載の糸巻フィルター。
4. 前記糸層は、最も内側に巻回される内側部分が、内外方向の中間に巻回される中間部分よりも糸が太い請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の糸巻フィルター。
5. 前記糸層は、最も外側に巻回される外側部分が、前記中間部分よりも糸が太い請求項１ から請求項４のいずれか１項に記載の糸巻フィルター。
6. 原水を貯留した浸漬槽に浸漬して用いられ、鉛直方向に延びる棒状孔からなるろ過室を備えたケーシングと、上端が閉じられた筒状をなし軸方向を鉛直方向にして前記ろ過室の内部に装填されるとともに外周面をろ過面とするろ過フィルターとを備え、前記ケーシングは、上端側に前記ろ過室の周壁と前記ろ過フィルターの間隙に連通する原水流入口を有するとともに、下端側に当該間隙に連通し、当該間隙を通過した原水からなる循環水を排出する循環水排出口、及び前記ろ過フィルターを通過したろ過水を排出するろ過水排出口を有するろ過モジュールであって、
   前記ろ過室の周壁には、前記ろ過面を取り囲むようにらせん状の通水路が設けられ、
   前記原水流入口は、上方に開口し、
   前記ろ過室は、前記原水流入口と前記間隙を連通する原水溜まりを有し、
   前記原水溜まりは、下端部に下方に向けて徐々に縮径するホッパー状部を含み、
   前記らせん状の通水路は、前記原水溜まりに始端を有し、
   前記ろ過フィルターは、糸巻フィルターからなり、
   前記糸巻フィルターは、側壁に多数の通水孔を有する円筒状の内芯と、多数の通水孔を有するとともに、折線を前記内芯の軸方向に平行にして前記内芯を筒状に包むプリーツ状の外芯と、前記外芯に糸を巻回して形成される糸層とを備え、前記糸層は、少なくとも周方向の１箇所で、少なくとも一部の糸同士が接着されていることを特徴とするろ過モジュール。

Images