JP7404222B2 - 超高圧フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、処理対象の原料の高圧流体同士を衝突させて、微粒化、分散、乳化等を行う装置における超高圧フィルタに関する。

従来、微粒化、分散、乳化等を目的とした湿式微粒化装置等に用いる超高圧フィルタとして、例えば、ワイヤー間の網目間隙に原料を通すことによって大径の粒子を分散、解砕するウェッジワイヤーフィルターが知られている。チタン酸バリウムなどの極めて硬い粒子を対象とする場合、この硬質粒子が高速で狭い網目を通過すると、網目を構成するＳＵＳ製ワイヤーからなるフィルタ面がアブレージョンやエロージョンによって磨耗あるいは壊食されていき、ついには大径の粒子がそのままフィルタを通過してノズルの目詰まりを引き起こすことがある。

このような課題を解決するために、加圧手段を介して加圧された原料液を噴射ノズルへ送る配管途中に配置され、原料液中の噴射ノズルの噴射口径より大径の材料粒子を解砕するフィルタ装置が開示されている（例えば、特許第４９３３７６０号公報）。このフィルタ装置は、高硬度部材製の第１のリング部材と、第１のリング部材とは別体の第２の部材と、第１のリング部材と第２の部材との間に形成される間隙からなる原料液流路と、を有する。間隙は、噴射ノズルの噴射口径より小さい幅寸法を有する。そして、噴射ノズルの噴射口径より大径の材料粒子を幅寸法以下に解砕する。

従来のフィルタ装置では、第１のリング部材と第２の部材を配置しなければならず、さらに、各部材の噴射口径を調整する必要があり、メンテナンス性の点で課題があった。

本発明では、単一構造かつ各種繊維状の原料に対してもフィルタ処理を行うことのできる超高圧フィルタを提供することを目的とする。

本発明の超高圧フィルタは、
加圧された原料を噴射チャンバーに供給する前に、前記原料の粒子を選別する超高圧フィルタであって、
溝部を有する本体と、
前記溝部に配置されるフィルタ部であって、
凹凸フィルタと、
金属フィルタと、
を有する二層構造のフィルタ部と、
前記フィルタ部を押さえるフィルタ押さえ部と、
を有する。

本発明の超高圧フィルタによれば、単一構造かつ各種繊維状の原料に対してもフィルタ処理を行うことができる。

本実施形態の微粒化装置１００の構成図 本実施形態の超高圧フィルタ１を示す断面図 （ａ）実施例のフィルタ部８の斜視図、（ｂ）実施例のフィルタ部８の断面図、（ｃ）別の実施例のフィルタ部８の斜視図（ｄ）別の実施例のフィルタ部８の断面図

以下、実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。

（微粒化装置の構成）
本実施形態の微粒化装置１００は、図１に示すように、原料タンク１０１と、給液ポンプ１０２と、増圧機１０３と、噴射チャンバー１０４とを有する。原料タンク１０１は、原料Ｍ（スラリー）を貯留する。給液ポンプ１０２は、原料タンク１０１の原料Ｍを圧送する。増圧機１０３は、給液ポンプ１０２から圧送される原料Ｍを加圧する。超高圧フィルタ１は、加圧された原料Ｍをフィルタ処理する。噴射チャンバー１０４は、微粒化処理を行う。

（超高圧フィルタの構成）
本実施形態の超高圧フィルタ１は、図２に示すように、超高圧フィルタの本体２と、フィルタ部８とを有する。フィルタ部８は、本体２内の溝部３に配置され、フィルタ押さえ部４で固定される。フィルタ部８は、それぞれ円筒状の凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１の二層構造を有する。

超高圧フィルタの本体２は、増圧機１０３から供給される加圧後の原料Ｍが本体流路２ａを通過し、噴射チャンバー１０４まで運び、フィルタ処理を行う。本体２は、溝部３を有する。溝部３は、本体流路２ａの下流側に位置する。溝部３は、本体流路２ａよりも大きな径を有する。フィルタ部８は、溝部３に配置される。フィルタ部８をフィルタ押さえ部４で嵌め込み、フィルタ押さえ部４と本体２を固定部材７で固定することで、フィルタ部８をより安定的に固定できる。

溝部３の形状は、フィルタ部８が嵌め込むことのできる形状であればよく、例えば、円筒形状である。溝部３の径は、フィルタ部８の外形よりも大きい。そのため、フィルタ部８と溝部３の間に形成される隙間内に原料Ｍが流れ込んだ後、凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１を通過しやすい。

本体流路２ａと溝部３の間に、補助溝部３ａを形成してもよい。例えば、補助溝部３ａの径を溝部３よりも小さくする。これにより、内部に進行するに従って溝が広がる形状となり、原料Ｍの通過を滑らかなものとし、超高圧フィルタの本体２内での詰まりの防止に繋がる。

フィルタ押さえ部４は、フィルタ部８を本体２に押さえる。フィルタ押さえ部４の内部には、貫通穴５が形成される。貫通穴５は、凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１の内部空間に連通する。貫通穴５の外形は、本体流路２ａと同等の大きさである。そのため、貫通穴５の特定箇所に負担がかかり難い。

フィルタ押さえ部４は、本体２との連結に伴う密閉性を確保するために、段差形状としてもよい。具体的には、本体２の本体開口部２ｂとフィルタ押さえ部４の中間部４ｃを一次的な連結箇所とする。中間部４ｃの径を、溝部３の径よりも大きくすることによって、本体開口部２ｂと中間部４ｃが重なり合う箇所ができる。そのため、溝部３内に充填される原料Ｍが外部に漏れ出ることを回避できる。

フィルタ押さえ部４のフィルタ密閉部４ｂは、凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１の端面と連結する。これにより、フィルタ内を密閉できる。フィルタ密閉部４ｂの形状は、例えば、凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１の端面と垂直な端面や、先端に向かって鋭角となるテーパ状である。

フィルタ押さえ部４の先端部４ａには、貫通穴５の中心線に対して垂直方向に複数の開口６が形成される。金属フィルタ１１と凹凸フィルタ１０を通過した原料Ｍは、内周方向へ向かって再び統合される。開口６が貫通穴５の中心線に対して垂直方向に形成されることで、再び統合された原料Ｍ同士が貫通穴５に誘導されやすい。
例えば、４つの開口６を均等に配置することにより、４方向から均等に原料Ｍを引き入れることができる。なお、開口６の個数は４つに限られるものではなく、２個、６個、８個等、超高圧フィルタ１の大きさや原料Ｍのサイズ等に応じて、適宜変更できる。

複数の開口６は、凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１の下流側に配置されることが望ましい。原料Ｍが増圧機１０３側から超高圧フィルタ１に供給され、噴射チャンバー１０４で処理される。ここで、開口６が上流側に配置されると下流側の空間に原料Ｍが貯まりやすくなってしまう。開口６を下流側に配置することによって、原料Ｍをスムーズに供給できる。

フィルタ部８は、例えば、円筒状の部材である。フィルタ部８は、円筒状以外の形状であっても良いが、原料Ｍを全方向からフィルタ処理することから、円筒状であることが望ましい。
凹凸フィルタ１０および金属フィルタ１１は、リング部９または蓋部材１２に配置される。

フィルタ部８は、リング部９または蓋部材１２に凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１を、周縁部で溶着した一体構造である。溶着の方法は、例えば、レーザ溶接、はんだ溶接等である。ロウ付け等は、凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１の複合構造の一部が埋まってしまい、開口率が悪くなってしまうため、複合構造の一部が埋まらない方法が望ましい。
図３（ａ）、（ｂ）に示す実施例のように、凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１の一端は、蓋部材１２で密閉される。凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１の他端は、フィルタ押さえ部４で密閉される。また、図３（ｃ）、（ｄ）に示す別の実施例のように、凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１の一端または両端をリング部９で溶着し、リング部９を蓋部材１２で閉塞させてもよい。

凹凸フィルタ１０は、原料Ｍを通過させフィルタ処理を行う。凹凸フィルタ１０は、フィルタ部８の形状に合わせて円筒状である。凹凸フィルタ１０の表面は、例えば、凹凸形状、多角形状である。凹凸フィルタ１０は、例えば、ウェッジワイヤースクリーンが望ましい。凹凸の幅（スロットサイズ、ロッドピッチ等）、角度、寸法、開口率等は、原料Ｍの粒形や繊維長等を加味して、最も効果の得られるものを選択できる。ウェッジワイヤースクリーンの場合、比較的硬質な原料（粒子）に対しても適用でき、耐圧性に優れている。そのため、フィルタ部８の内側にそうした強固な部材を配置することによって、二次フィルタとして機能し、超高圧フィルタの長寿命化を図ることができる。

金属フィルタ１１は、凹凸フィルタ１０と同様、フィルタ部８の形状に合わせて円筒状である。金属フィルタ１１は、凹凸フィルタ１０の外周に配置される。金属フィルタ１１は、原料Ｍの一次フィルタとして機能する。金属フィルタ１１は、例えば、メッシュ構造である。メッシュ構造としては、平織金網、綾織金網、平畳織金網、綾畳織金網等の織り方で成形される金属フィルタ１１の目開きや開口率と、原料Ｍの粒形や繊維長等を加味して、最も効果の得られるものを選択できる。金属フィルタ１１は、例えば、銅、チタン、アルミ、ステンレスである。

以下、本実施形態の微粒化装置１００における処理手順について説明する。
まず、原料タンク１０１内に処理対象となる原料Ｍを投入し、スラリー状に調整する。次に、原料タンク１０１内の原料Ｍが給液ポンプ１０２によって、増圧機１０３の増圧室内に圧送される。圧送された原料Ｍは、増圧機１０３によって加圧される。そして、加圧された原料Ｍは、超高圧フィルタ１を通った後、噴射チャンバー１０４に供給され、噴射される。なお、この処理は１回だけでなく、複数回繰り返してもよい。

ここで、超高圧フィルタ１を通る際の手順を詳細に説明する。
加圧された原料Ｍは、超高圧フィルタ１の入口から、内部の流路を通って、溝部３の内部に充填されていく。充填された原料Ｍは、金属フィルタ１１の外周部および凹凸フィルタ１０の内部を通る際に粒子、形状等が均一化されるように分別される。分別された原料Ｍは、開口６からフィルタ押さえ部４の貫通穴５を経由して、噴射チャンバー１０４へ供給される。

（検証テスト）
凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１の比率について、検証テストを行った。検証テストは、セルロースマイクロファイバー（１００μｍ）を増圧機で２４５ＭＰａに昇圧し、流量０．５？／ｍｉｎでチャンバー（ノズル径１００μｍ）から５パス噴射することで、目詰まりが発生するか否かを検証した。結果を以下の表１に示す。結果の記号については、〇：通過（目詰まりなし）、△一部通過（著しい目詰まりなし）、×（目詰まりあり）として表現する。

比較例１は、凹凸フィルタ１０としてウェッジワイヤースクリーン(１００μｍ)単体を配置したものである。比較例２は、金属フィルタ１１として金属メッシュ（１００μｍ）単体を配置したものである。比較例１、２では、いずれもフィルタ自体やチャンバーでの目詰まりが発生した。

実施例１～３は、凹凸フィルタ１０としてのウェッジワイヤースクリーンと、金属フィルタ１１としての金属メッシュを二層構造にしたものである。実施例１～３は、表１に示すように、それぞれ、ウェッジワイヤースクリーンを１００μｍ、６０μｍ、５０μｍ、金属メッシュを１００μｍ、７５μｍ、６０μｍとして組合せたものである。

実施例１は、フィルタ側で微量の目詰まりが発生した。実施例２および実施例３では、目詰まりが発生しなかった。これより、一次フィルタである金属フィルタ１１のメッシュ幅（サイズ）は、二次フィルタである凹凸フィルタ１０の凹凸の幅（サイズ）よりも大きいことが好ましい。具体的には、凹凸フィルタ１０は、５０～１００μｍが望ましく、金属フィルタ１１は６０～１００μｍが望ましい。凹凸フィルタ１０と金属フィルタ１１のサイズの比率は、１：１～：１：５、さらに好ましくは１：１～：１：３であることが望ましい。

以上、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

１ 超高圧フィルタ
２ 本体
２ａ 本体流路
２ｂ 本体開口部
３ 溝部
３ａ 補助溝部
４ フィルタ押さえ部
４ａ 先端部
４ｂ フィルタ密閉部
４ｃ 中間部
５ 貫通穴
６ 開口
７ 固定部材
８ フィルタ部
９ リング部
１０ 凹凸フィルタ
１１ 金属フィルタ
１２ 蓋部材
１００ 微粒化装置
１０１ 原料タンク
１０２ 給液ポンプ
１０３ 増圧機
１０４ 噴射チャンバー
Ｍ 原料

Claims (9)

1. 加圧された原料を噴射チャンバーに供給する前に、前記原料を選別する超高圧フィルタであって、
   円筒状のフィルタ部であって、
   ウェッジワイヤースクリーンと、
   金属フィルタと、
   を有する二層構造のフィルタ部と、
   前記フィルタ部を押さえるフィルタ押さえ部と、
   前記フィルタ部を嵌め込み可能な凹状の溝部を有する本体と、
   を有する、超高圧フィルタ。
2. 前記金属フィルタは、前記ウェッジワイヤースクリーンの外周に配置される、
   請求項１に記載の超高圧フィルタ。
3. 前記フィルタ部の一端を密閉する蓋部材を更に有する、
   請求項１又は２に記載の超高圧フィルタ。
4. 前記金属フィルタは、メッシュ構造である、
   請求項１～３のいずれかに記載の超高圧フィルタ。
5. 前記金属フィルタは、銅、チタン、アルミ、ステンレスのいずれか１つの金属材料である、
   請求項１～４のいずれかに記載の超高圧フィルタ。
6. 前記ウェッジワイヤースクリーンと前記金属フィルタのサイズの比率は、１：１～１：１．５である、
   請求項１～５のいずれかに記載の超高圧フィルタ。
7. 前記フィルタ押さえ部は、内部に貫通穴を有し、
   前記貫通穴の先端には、前記貫通穴の中心線に対して垂直方向に複数の開口が形成される、
   請求項１～６のいずれかに記載の超高圧フィルタ。
8. 前記複数の開口は、前記ウェッジワイヤースクリーンと前記金属フィルタの下流側に配置される、
   請求項７に記載の超高圧フィルタ。
9. 前記原料は、繊維状原料である、
   請求項１～８のいずれかに記載の超高圧フィルタ。
   

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