JPH08509159A - マイクロフィルタディスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、特に水を完全に殺菌するための、キーゼルグールを主成分とするマイクロフィルタプレートに関し、マイクロフィルタプレートは、少なくとも２種類の、珪質で結合されたキーゼルグールのある量を含み、その少なく フィルタプレートの細孔サイズは、細菌が確実に残留され得るように、好ましくは０．１μから０．３μのオーダである。３つの異なる種類のキーゼルグールとカオリンとを用いる方法は、念入りな乾燥およびその後の燃焼で、３５cmを超える直径および１cmから１．５cmの厚さのプレートを製造するのを可能にする。このプレートは、回転ブラシにより容易に機械的に清浄されることができ、こうして簡単に設計された自己清浄性フィルタ装置を提供する。このフィルタ装置は、ほとんどメンテナンスが必要でなく、フィルタ要素が単純であるために、技術のないものによってさえもメンテナンスがなされ得る。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロフィルタディスクおよびその製造方法発明の背景 この発明は、特に水の滅菌のためのマイクロフィルタディスクおよびその製造 方法に関する。 マイクロフィルタによる機械的な水の滅菌の際に、細菌が確実に残留されるよ うに、フィルタ装置の細孔サイズが十分に小さく、０．４μから０．５μの典型 的なサイズであることが必須である。これまでのところ、適切な細孔サイズを有 するセラミックまたは他の材料を、ほんのいかなる望ましい形状でも製造するこ とができなかった。そのため、大きい表面を有し、フィルタ処理効果が良好なフ ィルタを製造することができたのは、費用が高く実用性に乏しい条件下だけであ った。セラミックから製造されている、これまで用いられている大きい表面領域 のフィルタの柱は、清浄するのが困難であり、そのため既知のフィルタ装置は一 般に、しばしば開けられ、手で清浄されなければならない。 欧州特許出願第９２ ８１０ ８４３号を特に参照する。それには、フィルタ 材料をこすり落とすために、フィルタ表面に対して移動可能でありかつ反対に移 動可能である清浄ユニットが設けられている自己清浄性フィルタ装置が記載され ている。このフィルタは、外部から駆動されるクリーニングブラシにより、組立 てられた状態で規則的に清浄 されることができ、それにより実質的に維持が簡単になる。 この発明の目的は、たとえば自己清浄性フィルタ処理装置に取付けることので きる、大きい表面領域を有する平坦なマイクロフィルタディスクを提供すること である。さらに、このマイクロフィルタディスクの製造のための適切な方法を示 す。 この目的を達成するために、キーゼルグール（珪藻土） されかつ後に焼結される、少なくとも２種類の、珪酸塩で結合されたキーゼルグ ールを含むマイクロフィルタディスクを提供する。このマイクロフィルタディス クは、０．０５μから０．５μ、好ましくは０．１μから０．３μの大 ゼルグールが、その製造の間にマイクロフィルタディスクの安定性を確実にし、 少なくともさらなる種類の、異なるキーゼルグールを与えるための骨組みを形成 し、それにより所望の細孔サイズを有する安定した形状が得られることが見いだ されている。具体的には、直径が少なくとも２５cm、好ましくは少なくとも３５ cmである、モノリシックな円形マイクロフィルタディスクが製造され得る。この ディスクは、厚さが０．５cmから２cm、好ましくは約１cmから１．５cmでもよい 。良好なフィルタ処理効果は、厚さが約０．５cmのディスクの良好な破壊強さと 同時に得られる。この発明に従うディスクの典型的な透過性は、０．５から ０．７リットル（m²あたり）、好ましくは０．６リットルである。 マイクロフィルタディスクが、直径が３cmから１５cm、好ましくは６cmから１ ０cmである、中央の円形開口を有することが好ましい。この開口があるために、 いくつかのマイクロフィルタディスクが中央の柱上に互いに重ねられることがで き、柱は回転するかまたは回転可能な軸を有することができ、マイクロフィルタ ディスク間の相対的な移動を容易にできる。 このマイクロフィルタディスクをフィルタ処理装置にしっかりと取付け得るた めに、マイクロフィルタディスクの外側および内側マージンは厳密な公差に合わ せて切断されなければならず、これは高圧水ジェット切断機により達成され得る 。マージンには好ましくは、ディスクの少なくとも一方の側にも約１mmから８mm 、好ましくは３mmから５mmだけ重なるシール層が設けられる。この態様において 、ディスクはそのマージンおよび下層で密封されるように装着され得る。シール の厚さは、ディスクのいかなるサイズ変化にも対応するために１mmから３mmであ るべきである。 フィルタディスクがその上表面上に開いた細孔を示し、ときどきの上表面の自 動清浄を向上させ、その表面が十分柔らかいのでクリーニングブラシで研磨でき ることが好ましい。このクリーニングブラシは、人工剛毛、たとえば特定的には ナイロンまたは貴金属剛毛を有することができ、 その目的は、約０．１μから５μの厚さの層を数回の動作ストロークだけで研磨 することにより、上表面を清浄できることである。この研磨は、上表面とクリー ニングブラシとの間の、約１回から２０回の相対的な動きの後で得られるはずで ある。研磨された物質は、その後濯ぎサイクルの間に濯ぎ落とされることができ 、フィルタディスクを透過しない。 浸入している細菌を殺すために、かつ上表面に残留した細菌をマイクロフィル タディスクを通って成長させないために、ディスクは好ましくはある量の洗浄可 能でない酸化銀を含む。安定性が非常に高く、フィルタ処理効果が良好なディス クは、少なくとも３つの異なる種類のキーゼルグールとある量のカオリンとを用 いることによって得ること 少なくとも１つの他の種類は特に多くの小さい粒子を含み、粒子の約１５％は２ μ未満のサイズである。 好ましい実施例において、マイクロフィルタディスクは、６重量パーセントか ら１２重量パーセント、好ましくは９ もに再び焼結されたキーゼルグールと、２５重量パーセントから３０重量パーセ ントのカオリンと、残りの、さらなる種類のキーゼルグールならびにおそらくは 酸化銀および他のより少量の製造を要求された成分とを含む。重量パーセント表 示は、仕上げられた、焼結され乾燥されたディス クの重量に関する。 このマイクロフィルタディスクの製造は、以下のステップを伴う方法によって 行なわれる。 ａ．次のものが混合される。少なくとも６重量部から１ キーゼルグール、２５重量部から３５重量部、好ましくは３０重量部のカオリン 、および５３重量部から６９重量部、 ルグール。 ｂ．混合物は、２００重量部から２５０重量部、好ましくは２２５重量部の水 で攪拌され、これには表面張力を減少させるために０．２重量部から０．３５重 量部、好ましくは０．２７重量部の液化剤が加えられ、さらに０．４重量部から ０．８重量部、好ましくは０．５重量部から０．７重量部の有機結合剤が加えら れる。 ｃ．混合物は、粘性において明確な変化が表われるまで、好ましくは１２時間 から１５時間攪拌される。 ｄ．攪拌され、完成された混合物は、焼せっこうなどの吸水性材料から製造さ れている型に注入される。 ｅ．混合物は、好ましくは８日から２５日、特定的には１０日から２０日の期 間にわたってゆっくりと乾燥される。 ｆ．乾燥した混合物は、ここで１０００℃から１０５０℃、特定的には１０３ ５℃の温度で燃焼されることにより、 焼結される。 例として、および後に説明されるように、液化剤は長い攪拌と組合されて、混 合物全体にわたって、異なる種類のキーゼルグールおよびカオリンの微粒子の非 常に均一な分布をもたらす。有機結合剤は、型の内側または外側を乾燥させる間 に、焼結前において形状が変化しないように結合 定した骨組みを形成し、それによりまだ焼結されていないディスクの形状安定性 （未処理強度）を確実にする。ある 合剤により共に保持され、残りの成分は非常に均質な状態で配列され、それによ り所望の多孔性が得られる。この態様において、これまで達成できなかった所望 の多孔性および直径を有し、亀裂のない、モノリシックなディスクを製造するこ とが可能である。 好ましい例において、重量部で表わされる以下の成分が用いられる。 および約２９．４１のカオリン。 ここでは、粒度の分布が異なる、いくつかの種類のキー ゼルグールが用いられ、そのため全体として０．０５μから０．５μ、好ましく は０．１μから０．３μの大きさの、ディスクの所望の多孔性が得られる。 いかなる細菌も上表面に残留しないようにかつセラミック構造を通って成長で きないようにするために、混合物には０．２重量部から０．５重量部、好ましく は約０．３６重量部の酸化銀が加えられる。 製造の間にマイクロフィルタディスクのいかなる亀裂もないようにするために 、型の選択は非常に重要である。型の材料が、湿りが最小の焼せっこうであるべ きであり、その型には完成された混合物が注入されることが好ましい。焼せっこ うは吸水可能な材料である。完全に乾燥した焼せっこうが用いられる場合、それ は混合物からかなり迅速に水分を吸収し、亀裂を生じるかもしれない。したがっ て、湿りが最小の焼せっこうが好ましい。 中央を貫通する開口を有するディスクを製造するために、その形状には、開口 を形成するのに役立つ制御コアが設けられなければならない。また、この領域に おいて、亀裂の形成が容易に起こり得る。したがって、コアは、ディスクが乾燥 している間にディスクのいかなる変形に対しても撓む、撓み可能な吸収性材料か らなるべきである。紙または厚紙からなる中空円筒は特に役立つ。なぜならそれ は、最初に水分を吸収するが、後に混合物の乾燥の間に最小に変形されることが でき、最後にディスクから容易に分離可能 であるからである。 このように予め製造されかつ予め乾燥されたディスクを焼結するプロセスの間 、一般に上表面の密度が増加し、これは、意図された目的、すなわち流体のフィ ルタ処理のために、十分透過可能でなく、したがって適切でない。したがって、 焼結後、一般には約５μの厚さの、より密度の高い上層が、掻き工具により除去 される。 最後に、ディスクは厳密な寸法に合わせて切断され得る。これは高圧水ジェッ ト切断機を用いて行なわれ得る。ディスクを密封した態様でフィルタ装置に取付 け得るために、各ディスクの外側および内側マージンには、ディスクの少なくと も一方の側に重なるシール層が設けられる。シール層材料は好ましくはシリコー ンを主成分とし、ディスクに接着され得る。 以下はこの発明の詳細な説明であり、図面および特定の例を付随する利点およ び変更と共に参照する。 図１は、この発明のディスクの上面図を示す。 図２は、そのディスクの断面図である。 図３は、この発明のディスクの製造のための適切な型を示す。 ディスク１の実施例は、図１および図２に示され、外径Ｄが約４０cmであり、 中央開口４の内径が約６．５cmである。図２から認められるように、ディスク１ の外側マージン２にはシール５が設けられ、これはセクション６を備え てディスク１の下側にも重なる。また、ディスク１の内側マージン３にはシール ７が設けられ、これはセクション８を備えてディスク１の下側にも重なる。ディ スク１の下側のシールセクション６、８の両方は、ディスク１がそれを支持する 構造物の上に置かれるときにディスク１のシーリングを向上させ、一方内側マー ジン３および外側マージン２に設けられるシール５、７は、図示されていないコ ンテナ壁および図示されていない内側の円筒柱と密封係合する。シールは、温度 により誘起された、ディスクの最小の膨張を吸収するのにも役立つ。外側および 内側マージン上のシール５、７は、それぞれ、ディスクの下側に位置するシール ６、８と別々に、好ましくは接着により与えられてもよい。 図３に図示された型は、この発明のディスク１の製造の助けとなる。ベースプ レート１１は、高さが約５０mmから７０mmであり、外側の環状窪み１２が設けら れ、ここに環状型部分１３が挿入され得る。ベースプレートは、ディスク１の直 径Ｄの１／１６から１／１０、好ましくは１／８の高さＨを有するべきである。 ベースプレート１１および環状型部分１３は、型に充填するときには完全に乾燥 しているべきではない焼せっこう材料からなる。ベースプレート１１はまた、中 央に円形または環状窪み１４を有し、そこに中空円筒コア１５が挿入され得る。 コア１５は好ましくは紙または厚紙からなる。 ベースプレート１１、環状型部分１３および円筒形インサート１５から組立て られている型は、ここで、必要な量のセラミック塊を型に注入することによりデ ィスク１を製造するための準備ができている。型は、注入された塊の流体のある 量を吸収し、それにより遅い乾燥プロセスをサポートする。注入された塊の焼せ っこう型への粘着を避けるために、すべり媒質、特定的には滑石粉を型に与える べきである。約２時間から５時間後、こうして成形されたディスクは、型から取 出されることができ、好ましくはまた焼せっこうからなる、平坦な、吸収性の支 持層の上に置かれ、さらに乾燥されるべきである。いかなる亀裂も生じさせない ために、乾燥が３０℃と５０℃との間、好ましくは３５℃から４０℃の間の温度 で行なわれるべきであり、そのため乾燥プロセスは約２週間から３週間にわたっ てもよい。 乾燥後、約２０分間の約１０３５℃の最高温度ピークを維持しなから、１０時 間から１５時間の全燃焼期間、ディスクが焼結される。 以下で再び、セラミック塊の成分およびそれらを混合する方法を、非常に好都 合であると考えられる一例によって説明する。 ４．４リットルの水から始まり、一定の攪拌のもとで、表面張力を減少させる 液化剤が加えられ、さらに１２ｇの有機結合剤が加えられる。その後、９００ｇ の第１の種類 のキーゼルグール、４６０ｇの第３の種類のキーゼルグール、および６５０ｇの カオリンがすべて加えられる。集中的な攪拌の後、８ｇの酸化銀も加えられる。 混合物全体の完全な均質化を達成するために、混合物は、粘性が突然約１０％か ら２０％だけ低下する、注入可能な状態になる、すなわち混合物が薄くなるまで 、約１５時間から１８時間さらに攪拌される。この液体混合物を注入するとき、 ＰＨ値は約９であるべきである。 個々の成分、特に液化剤および有機結合剤は、既に水に溶解されて加えられて もよく、それにより、混合物の水の全量は約５リットルであるべきである。 以下の表は、用いられる異なる種類のキーゼルグールの組成および粒度に関す る表示を含む。珪藻土としても知られているキーゼルグールは、地質学的プロセ スによってキーゼラルゲー（Kieselalgae）から進化した天然材料である。この キーゼルグールは、米国デンバー（Denver）のマンビル・インターナショナル・ コーポレイション（Manville International Corporation）から商標「ＣＥＬＩ ＴＥ」で入手可能であり、対応する組成でおよび微細粒の選択において提供され る。 この発明に従うディスクは、１９９２年３月１１日付の欧州特許出願第９３ ８１０ ８４３．０号に記載されたそのモノリシックな平坦な形状のために、自 己清浄性フィルタ装置に特に適している。反復を避けるために、その出願および その内容全体を完全に参照する。そこに記載された実施例に従うと、２つのフィ ルタディスクがサポートフレームで支持され、それによりフィルタ要素を形成し 、これは、外部から汚れた水を供給され、内部が清浄され、その後きれいな水が 排出される。多くのそのようなフィルタ ディスクが互いに重ねられ、表面領域が大きく、したがって単位時間あたりの通 過流量が多い、大きいフィルタ要素を形成する。ディスクの平坦な形状により、 各ディスクの中央の開口を貫通して突出している制御軸に固定されているブラシ の回転による清浄が向上する。各清浄サイクルの間、薄い上表面層がディスクか らこすり落とされ、それにより新しくなったフィルタディスクの元の特性を取戻 す。超音波または他の測量技術によって、いつディスクがたとえば約０．５cmの 厚さまでこすり落とされているかを判定することができる。これが起こり、ディ スクがそのままさらに用いられるとすれば、割れる恐れがあり、したがってそれ は取替えられなければならない。そのモノリシックな構造のために、ディスクは 、交換が容易であり、複雑な構造を必要とせず、互いに対して支持され、シール される。したがって、それらは、水の滅菌のためのフィルタ装置の経済的な動作 に特に適している。特に小さい細孔により、細菌の確実な、機械的な残留が増大 する。品質を向上させるために、活性木炭フィルタがフィルタと連続して動作す るように置かれてもよい。また、フィルタディスク間の、それらの「きれいな」 側に、一般的な殺菌性媒体が設けられてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｋ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 フィルタプレートの細孔サイズは、細菌が確実に残留さ れ得るように、好ましくは０．１μから０．３μのオー ダである。３つの異なる種類のキーゼルグールとカオリ ンとを用いる方法は、念入りな乾燥およびその後の燃焼 で、３５cmを超える直径および１cmから１．５cmの厚さ のプレートを製造するのを可能にする。このプレート は、回転ブラシにより容易に機械的に清浄されることが でき、こうして簡単に設計された自己清浄性フィルタ装 置を提供する。このフィルタ装置は、ほとんどメンテナ ンスが必要でなく、フィルタ要素が単純であるために、 技術のないものによってさえもメンテナンスがなされ得 る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に水の滅菌のための、キーゼルグールを主成分とするマイクロフィルタデ ィスク（１）であって、 ａ） 前記マイクロフィルタディスク（１）は、その少 とも２種類の、珪酸塩で結合されたキーゼルグールを含み、 ｂ） 前記マイクロフィルタディスク（１）は、０．０５μから０．５μ、好 ましくは０．１μから０．３μの大きさの細孔サイズを示すという特徴を有する 、マイクロフィルタディスク（１）。 ２．前記マイクロフィルタディスク（１）は、モノリシックであり、円形であり 、直径（Ｄ）が少なくとも２５cm、好ましくは少なくとも３５cmであることを特 徴とする、請求項１に記載のマイクロフィルタディスク（１）。 ３．前記マイクロフィルタディスク（１）は、０．５cmから２cm、好ましくは１ cmから１．５cmの厚さ（ｈ）を示すことを特徴とする、請求項１または２に記載 のマイクロフィルタディスク（１）。 ４．前記マイクロフィルタディスク（１）は、３cmから１５cm、好ましくは６cm から８cmの直径（ｄ）を有する、中央の、好ましくは円形の開口（４）を有する ことを特徴とする、請求項１から３に記載のマイクロフィルタディスク（１）。 ５．前記マイクロフィルタディスクの外側マージン（２） および内側マージン（３）は、好ましくは高圧水ジェット切断機により、寸法に 合わせて切断されていることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載のマイク ロフィルタディスク（１）。 ６．前記マイクロフィルタディスク（１）の外側マージン（２）および内側マー ジン（３）には、前記ディスクの一方の側に１mmから８mm、好ましくは３mmから ５mmだけ重なるシール（５、６、７、８）が設けられていることを特徴とする、 先行の請求項の１つに記載のマイクロフィルタディスク（１）。 ７．前記ディスクは、ナイロン剛毛、貴金属剛毛などを有するクリーニングブラ シが数回の動作サイクルで０．１μから０．５μをこすり落とすことができるほ ど柔らかい、開いた細孔の上表面を示すことを特徴とする、先行の請求項の１つ に記載のマイクロフィルタディスク（１）。 ８．前記ディスクは、ある量の洗浄可能でない銀塩を含むことを特徴とする、先 行の請求項の１つに記載のマイクロフィルタディスク（１）。 ９．前記ディスクは、少なくとも３つの成分のキーゼルグールとある量のカオリ ンとを含むことを特徴とする、先行の請求項の１つに記載のマイクロフィルタデ ィスク（１）。 １０．前記ディスクは、約６重量パーセントから１２重量 されかつ残りの成分とともに再び燃焼されたキーゼルグー ルと、２５重量パーセントから３０重量パーセントのカオリンと、残りとして、 さらなる種類のキーゼルグール、銀塩および製造を要求された他の成分とを含み 、重量パーセント表示は乾燥したディスクに関することを特徴とする、先行の請 求項の１つに記載のマイクロフィルタディスク（１）。 １１．０．０５μから０．５μ、好ましくは０．１μから０．３μの細孔サイズ と、２５cmより大きい、好ましくは３５cmより大きい直径（Ｄ）とを有するマイ クロフィルタディスク（１）、特に請求項１−１０の１つに記載のフィルタディ スクの製造方法であって、 ａ） 少なくとも６重量部から１２重量部、好ましくは ５重量部から３５重量部、好ましくは約３０重量部のカオリンと、５３重量部か ら６９重量部、好ましくは約６１重 焼されていない種類のキーゼルグールとが混合されるステップと、 ｂ） 混合物が約２００重量部から２５０重量部、好ましくは約２２５重量部 の水に攪拌され、一方約０．２重量部から０．３５重量部、好ましくは０．２７ 重量部の、少なくとも液化剤と、０．４重量部から０．８重量部、好ましくは０ ．５重量部から０．７重量部の有機結合剤とを加えるステップと、 ｃ） 前記混合物を、粘性に明確な変化が表われるまで好ましくは１２時間か ら１５時間の期間、攪拌するステップと、 ｄ） 既に攪拌された混合物を、吸水性材料、好ましくは焼せっこうからなる 型（１１、１３、１５）に注入するステップと、 ｅ） ８日から２５日、特定的には１０日から２０日の期間にわたって前記混 合物をゆっくりと乾燥させるステップと、 ｆ） 前記型から乾燥した混合物を取出し、その後、１０００℃から１０５０ ℃、特定的には１０３５℃の温度下で前記混合物を燃焼させるステップとを有す る、方法。 １２．以下の重量部、すなわち 約２９．４１のカオリンが用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の 方法。 １３．前記混合物には、０．２重量部から０．５重量部、好ましくは約０．３６ 重量部の酸化銀が加えられることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の 方法。 １４．前記型は、湿りが最小の焼せっこうからなることを 特徴とする、請求項１１、１２または１３の１つに記載の方法。 １５．前記型（１１、１３、１５）は、その中央（１４）に、弾性のある吸収性 材料からなる中央のコア（１５）、好ましくは紙または厚紙の中空円筒が設けら れることを特徴とする、請求項１１−１４の１つに記載の方法。 １６．燃焼後、前記ディスクの上表面は、掻き工具により約５μの厚さのより密 度の高いカバー層から分離されることを特徴とする、請求項１１−１５の１つに 記載の方法。 １７．燃焼されたマイクロフィルタディスクは、高圧水ジェットにより厳密な寸 法に合わせて切断されることを特徴とする、請求項１１−１６の１つに記載の方 法。 １８．前記ディスクの外側および内側マージンには、好ましくはシリコーンを主 成分とする、前記ディスクの一方の側に重なるシール（５、６、７、８）が設け られることを特徴とする、請求項１１から１７の１つに記載の方法。