JPH0615119A - 濾過機及びそれを用いた濾別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】被濾過液の供給管と逆圧洗浄液の排出管を有す
る濾過機本体、該濾過機本体内に設けられ、濾過処理液
の抜出管及び逆圧洗浄液の供給管を具備した濾過室、該
濾過室の一部の表面を構成し、回転可能に支承された濾
材層、該濾材層の表面側で該濾材層の静止時表面の一部
のみに対向し該濾材層が回転することにより該濾材層の
全表面と対向する如く構成された超音波発振チップ並び
に、前記濾過機本体の上部において該超音波発振チップ
を該濾過機本体内に貫入せしめる為の保持室から成るこ
とを特徴とする濾過機。 【効果】超音波を利用した濾材層の洗浄方法を取り入れ
た濾過機を実現し、定期的な洗浄工程を繰り返す事によ
り、半永久的な濾過操作が可能となった。又、該操作を
シーケンス制御する事により無人運転が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】本発明は超音波洗浄機能を備えた濾過機に
関するものであり、更にはこの濾過機を用いたスラリー
から固形異物を除去する濾別方法に係るものである。

【０００３】

【従来の技術】一般に固形異物を含有するスラリーから
固形異物を濾別する場合濾過液による逆圧洗浄又は濾材
層を濾過機本体から取りはずし高圧水によるジェット洗
浄等が用いられているが完全な洗浄が不可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】本発明者は濾材層に捕捉された固形異物が
超音波によるキャビテーション効果により分散され濾材
層より剥離しやすい事に着目し、超音波によるキャビテ
ーション効果と同時に逆圧洗浄を同時に行なう事により
濾材層に捕捉された固形異物が完全に除去出来る事を見
出した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】つまり濾材と平行面又は
平行面に近い超音波発振面を持つ超音波発振チップによ
って濾材層に捕捉されている固形異物に超音波を当てる
事により、固形異物を分散させると同時に逆圧洗浄水を
濾過室内より濾過室外へ通水する事により濾材層にて捕
捉された固形異物は濾材層より剥離し逆圧洗浄水と共に
濾過機本体外へ排出されることとなる。

【０００７】しかしてかゝる濾別方法は実験室的にはと
もかく、工業的実施に対しては設備の規模、超音波発振
エネルギーの効率化、耐久性等の点で未だ解決すべき問
題点が見出され、本発明者等はかゝる問題点を克服した
工業的実施に耐え得る濾過装置及び濾別方法を開発すべ
く更に検討を重ねた結果、濾材層を回転せしめ、かつ超
音波発振チップの可及的下端部のみをスラリー中に浸漬
せしめれば、エネルギーの損失を防止して大型の設備と
することが可能であり、かつ長期の継続運転にも耐え得
ることを見出し、本発明に到達した。

【０００８】本発明の目的は超音波を利用した濾材の洗
浄方法であり、濾過材を濾過機外へ取り出す事なく完全
な濾過機洗浄を可能とした濾過機を提供する事にある。
しかして本発明のかゝる目的は、被濾過物の供給口と逆
圧洗浄液の排出口を有する濾過機本体、該濾過機本体内
に設けられ、濾過処理物の抜出管及び逆圧洗浄液の供給
管を具備した濾過室、該濾過室の一部の表面を構成し、
回転可能に支承された筒状又は円板状の濾材層、該濾材
層の表面側で該濾材層の静止時表面の一部のみに対向
し、該濾材層が回転することにより該濾材層の全表面と
対向する如く構成された超音波発振チップ並びに、前記
濾過機本体の上部において該超音波発振チップを該濾過
機本体内に貫入せしめる為の保持室から成ることを特徴
とする超音波洗浄濾過機によって達成される。

【０００９】又、本発明における濾別方法に係わる目的
は被濾過液の供給管と逆圧洗浄液の排出管を有する濾過
機本体、該濾過機本体内に設けられ、濾過処理液の抜出
管及び逆圧洗浄液の供給管を具備した濾過室、該濾過室
の一部の表面を構成し、回転可能に支承された濾材層、
該濾材層の表面側で該濾材層の静止時表面の一部のみに
対向し該濾材層が回転することにより該濾材層の全表面
と対向する如く構成された超音波発振チップから成り、
かつ前記濾過機本体の上部において該超音波発振チップ
を気体室を介して、該超音波発振チップの少くとも先端
が被濾過物中に浸漬する如く該濾過機本体内に貫入せし
めて成る超音波洗浄機能を備えた濾過機に、濾過処理運
転時には前記被処理物の供給管から固体異物を含有する
被濾過液を供給し、該被濾過液中の固体異物を前記濾材
層表面にて捕捉し固形異物の除去された濾過処理液を前
記濾過室内に収容せしめ、該濾過処理液を抜出管を経て
抜き出することにより濾過処理を行い、一定期間濾過運
転後、被濾過液の供給及び濾過処理液の抜き出しを停止
し、前記逆圧洗浄液供給管より濾過室内に洗浄液を供給
すると共に前記濾材層を回転させつつ超音波を発振せし
め、前記超音波発振チップが対向する前記濾材層表面に
おいて該濾材層表面から捕捉された固体異物を剥離かつ
分散させながら前記洗浄液に同伴させ、濾過機本体に設
けられた逆圧洗浄液の排出管から排出することにより濾
材層を洗浄し、次いで、繰り返し前記の濾過処理を行な
うことを特徴とする濾別方法によって達成できる。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明を
適用し得る被処理物は一般に各種のスラリーであり固形
異物を含んだものである 以下シリカ粉を含んだ水スラリー（以下シリカスラリー
という。）を例に取って説明する。

【００１１】本濾過機の定常運転時はシリカスラリー供
給管より濾過機本体内へシリカスラリーが供給され、濾
材層にてシリカスラリー内のシリカ粉のみが濾材層表面
に捕捉され、濾過処理液のみが濾材層を通過し濾過処理
液の抜出管より機外へ排出される。濾材層表面に捕捉さ
れるシリカ粉量はシリカスラリー量に比例して増加して
いき、濾材層表面に捕捉されるシリカ粉量の増加と共に
濾材層の表面側と裏面（濾過室内）側の圧力差（以下
「濾過圧力」という）が大きくなっていきついには設定
量のシリカスラリー量が供給不能な状態となる。

【００１２】設定量のシリカスラリー量が供給不可能な
状態となった時点にて濾材層表面に捕捉されたシリカ粉
を濾材層表面より除去し設定量のシリカスラリーが供給
可能な状態に復帰させる事になる。本発明は濾材層表面
に捕捉された固形異物（シリカ粉）を除去する方法であ
り以下本方法について詳細に説明する。

【００１３】一定時間濾過運転後、固形異物を除去する
際には、被濾過液の供給管及び濾過処理液抜き出し管を
閉止し、逆圧洗浄液供給管から洗浄液を供給しつつ濾材
層を回転させながら超音波を照射する。洗浄後は濾過の
目的に応じて適宜選択される。前記のシリカスラリーの
例では洗浄液として水が用いられる。洗浄液の供給は常
圧よりわずかに高い圧力をかければ十分であり、通常１
ｋｇ／ｃｍ²−Ｇ以下である。

【００１４】本発明において使用される超音波の発振周
波数は、一般的には低周波数域が好ましいが、余りに低
周波数域になると可聴音域となる事から１５〜２５ＫＨ
ｚ程度が採用される。次に超音波発振面面積当りの発振
パワーは、１０〜５５ｗａｔｔ／ｃｍ²程度が良い。こ
の値は大きい程洗浄能力は増加する傾向にあるが、余り
過大になると濾材層へ与える超音波力の影響も過大とな
り、濾材層の寿命が減少する場合が生じるので、場合に
応じて適当値を採用すべきである。

【００１５】本発明において重要なことは濾材層洗浄
時、濾材層を回転させる事である。超音波の照射によっ
て濾材表面層で捕捉されたシリカ粉は分散されるが同時
に濾材層も超音波の影響を受け、エロージョン現象によ
って摩耗し、最後には破孔してしまう。エロージョン現
象による濾材の摩耗の進行度は種々の要因によって異な
るが、濾材層の同一場所に照射される総合超音波照射時
間によっても左右される。つまり濾材層の寿命はその同
一場所に照射される総合超音波照射時間によって決ま
り、濾材層の同一場所に照射される総合超音波照射時間
を同一にした場合、濾材層の超音波を受照する面積（以
下「有効受照面積」という）が広ければ、濾材としての
寿命は延命される事になる。その為には、濾材面積を広
くし超音波発振面を移動させる方法も考えられるが、構
造上複雑となり不利な面が多い事から濾材層を移動させ
た方が有利であって、濾材を移動させる方法としては平
面移動の方法もあるが、本方法もその移動のさせ方は中
心軸を中心に濾材層を回転させ超音波発振チップ面に対
し濾材層の有効受照面を移動させる事が最も簡単な方法
である。中心軸を中心に回転させて超音波をほぼ均等に
受照する濾材層形状としては円筒形、多角筒形又は円板
形等が好ましい。

【００１６】かくて、固形異物除去時の濾材層の超音波
受照が非連続的になり、連続的に濾材が超音波を受照す
る場合、濾材の超音波受照部が高温となって一層破孔し
やすくなる事をも防止出来る事から単純に被照射時間の
計算によるものよりもさらに寿命の延命が期待される。
この事から濾材層の寿命のみについて見れば可能な限り
回転数を上げた方が良い事になるが、一方で、超音波の
照射により濾材に圧着されているシリカ粉を分散させる
には最小必要限度の超音波連続受照時間が要求される。
本発明者等の検討によれば、濾材層の超音波連続受照時
間は、処理能力及び濾材寿命等のバランス上、０．０２
秒〜２秒の範囲から選択することが特に好ましい。従っ
て、濾材層の回転数はこの超音波連続照射時間を基準に
して濾材層の形状に応じて算出選択される。

【００１７】この濾材層を通過するシリカスラリー等の
濾過処理物は、濾過室に入り、濾過室内に開口する濾過
処理物の抜出管を経て系外に取出される。従って濾過室
は一部の表面が濾材層で、他の表面は液密に構成され
て、濾過機内において被濾過物帯域と区分される。最も
好ましい瀘過室としては、円筒状回転体であって、円筒
部分が瀘材層で、その両端面が液体を通さない材質で構
成され、回転の中心軸、もしくはその内部の２重内管が
瀘過処理物の抜出管として構成されたものを挙げること
ができる。

【００１８】更に本発明者等は、超音波発信発振チップ
が接触する媒質が液体の場合に比べ、ガス体の場合の方
が負荷抵抗が小さい事に着目し、本発明の極めて好まし
い態様として超音波発振チップにおいてカーボンブラッ
クの分散に関与しない部分を液体と接触させない為、瀘
過機本体の上部に超音波発振チップを瀘過機内に貫入さ
せる為の保持室を設け、この保持室の上部、即ち発振チ
ップの可及的下方部分迄ガス体を保有する気体室を設け
ることを提案するものである。さらに本発明においては
ガス体が圧縮性ガスである事から瀘過機内の上流側圧力
等によって、瀘過機内の液面が変化する事を考慮して、
瀘過機内の上流側圧力の変化等、瀘過機内の液面変動要
因が生じても液面、特には気体室内の液面が変化しない
様、液面調節機構を採用すれば一段と好ましい。この調
節機構としては最も簡便には、逆圧洗浄液の排出管を瀘
過機内の液面を設定しようとする高さに開口せしめ、気
体室にガスを給排する気体供給管を設ける方式が挙げら
れる。この場合、瀘過機本体内の液面調節位置を変更す
る場合は水スラリー排出管の瀘過機本体内への挿入長
さ、即ち、開口位置を変更すれば良い。

【００１９】液面調節機構はその他の種々の方式も本発
明の瀘過、瀘別操作の支障とならない限り適宜採用する
ことができる。次に超音波発振チップについて述べる
と、超音波の特性上、超音波発振チップの一辺の長さが
超音波発振チップの材質における振動の波長の１／４倍
を超える場合、超音波発振チップに異常振動を発生させ
ないため、超音波発振チップにスリットを設けると好ま
しい。この超音波発振チップに設けるスリットの上・下
面も超音波発振面となる事から、超音波発振チップの一
辺の長さが長くなればなる程、瀘過作用に有効に活用さ
れない超音波エネルギーが増加する事になる。超音波発
振チップにスリットを設けた場合、液面調節位置を超音
波発振チップ下端面と超音波発振チップに設けられたス
リットの下端面との間にすれば瀘過作用に有効に活用さ
れない超音波エネルギーを最小限にする事が出来る。

【００２０】超音波発生装置における超音波発生エネル
ギーには超音波発振子の性能上限界がある事から、現在
迄超音波洗浄瀘過機の大型化が困難であったが、本発明
によって大型の超音波洗浄瀘過機が作られる様になった
事は特筆すべき事である。なお本発明では長方形状の超
音波発振チップを装着した瀘過機について説明したが、
円筒形状の発振チップを装着した瀘過機において、超音
波発振ホーンの下端面直径よりも、超音波発振チップの
上端面直径の方が大きな場合についても本発明は有効で
ある。

【００２１】以下図面に基づいて本発明を更に詳細に説
明する。図１は本発明の瀘過機の１例を縦断面の模式図
で示したものである。同図において、１は超音波発振器
２によって駆動される超音波発生装置である。超音波発
生装置１にて発生した振動は発振ホーン３を介して超音
波発振面を持つ発振チップ４に伝えられ発振ホーン３は
瀘過機上部フランジ５を貫通するが、発振チップ４の超
音波発振面（下端面）と瀘材層６の間隔が調節出来るよ
うに“Ｏ”−リングにてシールされる。瀘過室７は円筒
状の瀘材層６液密な材料でその両端面を構成する瀘材側
板９，１１で構成され、瀘材層６は回転する瀘過処理物
の抜出管８に瀘材側板を介して回転可能に支承される。
瀘材側板の一方９は“Ｏ”−リング１０によって瀘過処
理物抜出管８に遊設される。又他方の瀘材側板１１は抜
出管８の端面に固設されたボルト１２と締付ナット１３
とによって固設される。抜出管８の瀘材側板９，１１に
はさまれる範囲には適当数の貫通穴が設けられていて、
瀘材層６を通過した瀘過処理済の瀘過処理液を抜出管８
の管内に導く役目をはたす。被瀘過液のシリカスラリー
はその供給管１４より瀘過機内に供給される。

【００２２】瀘材層６を通過した瀘過処理液は瀘過処理
液の抜出管８より機外に排出される。逆圧洗浄液の供給
管２１は瀘過処理液の抜出管８に遊設され逆圧洗浄時、
逆圧洗浄液を供給する。逆圧洗浄液は瀘過室７を経由し
て瀘材層６を通過する。この時点で瀘過室７を回転させ
かつ超音波発生装置を稼働させる。本例では、抜出管８
と逆圧洗浄液供給管は一つの管を共用しているが、異な
る管で瀘過室に供給、抜出しを行なってもよい。

【００２３】超音波にて分散、剥離された瀘材層６に捕
捉されたシリカ粉は、瀘材層６を通過する逆圧洗浄液に
同伴されて瀘過機内に浮遊させられる。瀘過機内に浮遊
したシリカ粉及び逆圧洗浄液は逆圧洗浄液の排出管１５
より機外に排出される。この排出管１５は好ましくは瀘
過機本体に固設された開口１６に挿入され固設せれる。
この挿入長さ即ち、その開口位置を変える事によって瀘
過機内の液面高さを変化させる事が出来る。１７は瀘過
機本体の上部において超音波発振チップ４を瀘過機内に
貫入せしめる為の保持室であって、この保持室は好まし
くは気体で充満された気体室であり、その場合、保持室
１７には気体供給管１８より気体が瀘過機内に供給され
る。

【００２４】なお、超音波発振チップ４にはスリット２
０を設け、そのスリット２０の下端と、発振チップ４の
下端面との間に被瀘過物の液面が設定される如く、被瀘
過物排出管１５の開口位置を設定すると特に好適であ
る。以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する
が、本発明はその要旨を超えない限り下記実施例によっ
て限定されるものではない。

【００２５】

【実施例】図１に示す装置如き瀘過装置において超音波
周波数：１９．５ＫＨｚ、超音波発振振巾量：２０μ
ｍ、超音波発振面積２０ｃｍ²、超音波発振面積当りの
発振パワー：３０ｗａｔｔ／ｃｍ²、瀘材層の円筒径：
φ１５０ｍｍ、瀘材層周速：１０ｃｍ／ｓｅｃ、瀘材層
の目開き：１０μｍにそれぞれ設定し、保持室を気体室
として被瀘過液供給管１４よりシリカスラリーを約５ｍ
³／Ｈｒにて供給し瀘過差圧が１ｋｇ／ｃｍ²となった時
点で被瀘過液の供給を止め、逆圧洗浄液の供給管２１よ
り逆圧洗浄液を約１ｍ³／Ｈｒ供給すると共に濾過室７
を回転させ、かつ超音波発振装置１を稼動させ瀘過差圧
の変化を測定した。

【００２６】測定結果を表−１に示す。又、瀘材層を１
０ｒｐｍの速度で回転させながら超音波を照射した場合
と瀘材層の回転を止め、その一部分にのみ超音波を連続
的に照射した場合について実験した。その結果を表−２
に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、瀘材層が回転すること
により超音波受照による瀘材層の損傷を極力抑制し、長
期にわたり安定した瀘過層の洗浄操作が可能である。記
と共に更に超音波発振チップの保持室を気体室とし、か
つ、逆圧洗浄液の液面調節機構を併設することにより、
超音波エネルギーを効率良く利用した大型の工業的超音
波、瀘過装置を具現できることとなり、結局、本発明に
よれば極めて工業的有利な、超音波を利用した瀘材層の
洗浄方法を取り入れた瀘過機を実現する事が可能となり
定期的に被瀘過液を供給し、瀘過処理液を排出する瀘過
工程と逆圧洗浄液を供給し捕捉されたシリカ粉を排出す
る洗浄工程を繰り返す事により半永久的な瀘過操作が可
能となった。又、上記定期的な繰り返し操作をシーンケ
ンス制御する事により無人運転が可能となり多大な省力
化に継がった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の瀘化機の一例を瀘材層回転軸を含む鉛
直面で縦断した縦断面の模式図である。

【符号の説明】

（１） 超音波発生装置 （２） 超音波発振器 （３） 発振ホーン （４） 発振チップ （５） 瀘過機上部フランジ （６） 瀘材層 （７） 瀘過室 （８） 抜出管 （９） 瀘材側板の一方 （１０） “Ｏ”−リング （１１） 瀘材側板 （１２） ボルト （１３） 締付ナット （１４） 供給管 （１５） 排出管 （１６） 開口 （１７） 保持室 （１８） 気体供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 33/44 33/58

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被濾過液の供給管と逆圧洗浄液の排出
   管を有する濾過機本体、該濾過機本体内に設けられ、濾
   過処理液の抜出管及び逆圧洗浄液の供給管を具備した濾
   過室、該濾過室の一部の表面を構成し、回転可能に支承
   された濾材層、該濾材層の表面側で該濾材層の静止時表
   面の一部のみに対向し該濾材層が回転することにより該
   濾材層の全表面と対向する如く構成された超音波発振チ
   ップ並びに、前記濾過機本体の上部において該超音波発
   振チップを該濾過機本体内に貫入せしめる為の保持室か
   ら成ることを特徴とする濾過機。
2. 【請求項２】 被濾過液の供給管と逆圧洗浄液の排出
   管を有する濾過機本体、該濾過機本体内に設けられ、濾
   過処理液の抜出管及び逆圧洗浄液の供給管を具備した濾
   過室、該濾過室の一部の表面を構成し、回転可能に支承
   された濾材層、該濾材層の表面側で該濾材層の静止時表
   面の一部のみに対向し該濾材層が回転することにより該
   濾材層の全表面と対向する如く構成された超音波発振チ
   ップから成り、かつ前記濾過機本体の上部において該超
   音波発振チップを気体室を介して、該超音波発振チップ
   の少なくとも先端が被濾過物中に浸漬する如く該濾過機
   本体内に貫入せしめて成る超音波洗浄機能を備えた濾過
   機に、濾過処理運転時には前記被処理物の供給管から固
   体異物を含有する被濾過液を供給し、該被濾過液中の固
   体異物を前記濾材層表面にて捕捉し固形異物の除去され
   た濾過処理液を前記濾過室内に収容せしめ、該濾過処理
   液を抜出管を経て抜き出することにより濾過処理を行
   い、一定期間濾過運転後、被濾過液の供給及び濾過処理
   液の抜き出しを停止し、前記逆圧洗浄液供給管より濾過
   室内に洗浄液を供給すると共に前記濾材層を回転させつ
   つ超音波を発振せしめ、前記超音波発振チップが対向す
   る前記濾材層表面において該濾材層表面から捕捉された
   固体異物を剥離かつ分散させながら前記洗浄液に同伴さ
   せ、濾過機本体に設けられた逆圧洗浄液の排出管から排
   出することにより濾材層を洗浄し、次いで、繰り返し前
   記の濾過処理を行なうことを特徴とする濾別方法。