JPS5980308A - 自動分離システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はＱ、’ｒＮ　曳のＶ過エレメントと自動洗浄
装置面を備えた微粒子含有原液の自動分離システムに関
する。

微粒子を高濃度に含有する原液を濾過あるいは濃縮する
場合、その精度を高くするほど早期に目詰りによる流量
低下、さらにはｆ過機能の停止を余儀なくされる。従来
、スクレーパなどの洗浄法を用いて目詰り対策を自動化
し易い面濾過式エレメントは一般にｒ過精度が低く、ま
た一方、ｆ過精度の高いマトリックス式ｆ過ニレメンＨ
−１自動洗浄を実施し難いという問題点が、１、この両
者の長短を補完して取扱いの容易な自動を過技術の開発
は、永くまだ強く黴望されていた。

この発明は、上記の問題点に層目してなされたもので、
極めて高精度を有する面濾過式エレメントを自動的に逆
洗器する自動分離システムを提供することを目的として
いる。

以下、この発明を図面に基いて説明する。

第１図は、この発明の自動分ｗｔｋシステムに用いられ
るｒ過エレメントの一実施例のエレメント本体を示す。

この本体は中空円筒１より成シ、その円筒部には複数の
濾過流通過孔２または２ａ（中心線左右に２例を示す）
を穿設し１円筒部表面には３角形ねじ山３を微少ピッチ
Ｐで形成しである。

このエレメントは、第２図に示すように、上記中空円筒
１の３角形ねじ山３上に３角形断面を有する微細ワイヤ
４を巻付けて構成されている。

ワイヤの幅ヲｌ＝ｌとすれば、相隣るワイヤ間に形成さ
れるすきま（細隙）Ｓは、５＝Ｐ−８で表わされる。ね
じ山３とワイヤ４を高精度に加工することにより、上記
すきまＳは１ミクロンにも及ぶ高ｌ呵過精度の面ｆ過式
エレメントを得ることができる。この濾過エレメントは
、第３図および第４図に拡大して示すように、すきまＳ
の入口に形成される目詰り空間５（Ｅは入口幅、Ｄは採
さを示す）を極めて小さくしであるので、この空間に堆
積する微粒子層６は浅く、エレメント内外の差圧によシ
生ずる圧縮力を高めることがなく、また、ワイヤ表面の
外側に堆積する微粒子層も圧縮力は尚くならない。この
ように、内部圧縮応力が低いため、堆積微粒子層６内に
は無数の微細すきまが自然に形成され、この堆積微粒子
層は、いわゆるケーキと称される副次的濾過材として利
用される。

また圧縮圧力が低いため、流れを逆流させる逆洗泳法が
極めて効果的に利用し得、この場合の流量回復率は９０
チ以上１００％に近い値が得られる。

また圧縮圧力の低い微粒子層は、逆洗によらなくても、
循環するいわゆる直交流（第６図に示す）によってワイ
ヤ表面からの離脱を起し易いので目詰対策上有利である
。すなわち、このエレメントは、叙上のような構成によ
って１ミクロンにも及ぶ一様に揃った細隙を持ち、さら
にワイヤの特殊断面形状によってケーキ濾過を実現しな
がら洗浄しやすいという極めて多くの利点を有するもの
である。

しかしながら、このようなエレメントにあっても、彼粒
子の堆積によって１過＃ｔ、量は次第に低下していくこ
とは避けられないので°、適時にこれを逆洗による洗浄
を施して流量の回復をはかる必要がある。この間の濾過
流量と濾過精度の時間的経過に対する変化図表を第５図
に示す。Ｖ過流量の低下時にはケーキ濾過効果があって
ｆ’過精度は向上するが、逆洗によって濾過流量の回復
と共に濾過精度はその都度元に戻る。図で明かなように
、濾過流量を大きくしたいときは逆洗頻度を高くすれば
よく、また濾過精度を高くしたときは逆洗時間間隔を大
きくすればよい。

また、高度の濾過または濃縮を行うときは、濾過エレメ
ントの１次側（流入側）原液の微粒子含有濃度が次第に
高くなり、微粒子層の堆積も加速されて逆洗頻度を高め
る必要がある。

目詰空間が小さくても、堆積微粒子層に加えられる差圧
が大きい時は当然圧縮力が高くなって目詰り状を呈し、
さらにワイヤ壁面とのまさつ力が大きくなり、逆洗して
も微粒子層が脱離しない程度になる可能性があるので、
上記差圧はある値以下に制限する必要がある。エレメン
トのすきま、ケーキ層内の細隙を通過する流れは層流と
見なされるので、その流、量は差圧の大きさに比例する
。

したがって、差圧の値を抑えることは濾過流量を制限す
ることヶ意味する。

第６図は、１過の流れを示す拡大断面図で、円筒状濾過
エレメントの一次側を循環流Ａとすれば、ｒ過流量はそ
の分流となり、また循環流Ａはｆ過流量に対する直交流
となる。このとき、前述したように直交流によって堆積
微粒子層の一部あるいは大部分を脱離させる場合もｌ）
、少くとも堆積微粒子の成長を鈍化させる傾向を持つ。

また直交流を与えることにより、微細なすきまＳを通る
流量は相当に低くなり、ケーキ濾過効果を大きくするの
に役立つ。すなわち直交流は、ある程度の目詰り対策を
自然に行い、かつ濾過精度を向上させる重要な要素の一
つとなる。符号９，１０，１１゜１２．１６．１８は、
後述する第７図の説明に示す。

つぎに、との濾過エレメントを使用した自動分離システ
ムの系統を第７図によって説明する。６は原液のタンク
、１は１過液体タンク、８は凝縮液（排出液）タンク、
９は１過エレメントである。

タンク６内の原液は、ポンプ１０によシ、１伏仰ｊ流量
調整弁１１を経てフィルタ１２へ送られる。

濾過エレメント９によシ分離ｔ４過されたｔｊ通過流逆
洗器１３．流量計１４．空圧操作３方弁１５および２次
側流量調整弁１６を経てタンク７に到る。

１７は濾過エレメント９の１次側と２次側の液体の差圧
を計測する差圧計である。循環流は弁１８を経て原液タ
ンク６あるいはポンプ１０の１次側に戻される。１９は
、タンク８へのドレーンまたは濃綿液排出用の空圧操作
弁である。

高を過精度を要するとき、ケーキの十分発達していない
初期のｆ過流は、３方弁１５により原液タンク６へ戻さ
れる。１過流量が予め定められた値まで低下するか、あ
るいは差圧が所定の値に達すると、ケーキ濾過効果はそ
れによシ確認され、３方弁１５はタンク７への流れに切
換えられる。

この切換え信号は２０で示す制御装置に配設されたタイ
マ装置によシ発生させ、堆積ケーキによる１過精度の向
上とともに第５図で示したような各サイクルの高ｒ」過
精度のｒ過流全自動的に得ることができる。これらの精
度が１過エレメント９のすきま寸法Ｓによるもののみで
十分な場合は、３方弁１５ケ省略できる。上記制御装置
２０は、流量の低下もしくは差圧の上昇が予め設定され
た値に達したときに、前述の切換信号を発生するととも
に、タイマによって適当な時間間隔で逆洗器１３のアク
チュエータ部分１３ｂへこの信号を送って高圧空気によ
り、弁、兼ポンプ部分１３ａを作動させるためのもので
ある。

これらの作動用高圧空気は図外の空圧源から供給される
。なお上記のすべての操作を制御装置２０内のタイマの
みに依存するときは、流量計１４、差圧計１７は監視用
となる。図中２３．２４．２５は、第８因で説明する。

第８図は、逆洗器１３の一実施例の縦断面図である。

弁、兼ポンプ部分１３ａと、空圧によるアクチュエータ
部分１３ｂは、それぞれ一体に結合された各２、ウジ、
グＨ，，Ｈ２、Ｈ３、Ｈ，の内部に収容されている。２
１は弁栓、２２はハウジングＨ１の下面に設けられた弁
座、２３は１過流の流入口、２４は同流出口、また２５
は、ハウジングＨ４の頂部に設けた駆動用高圧空気（油
などの流体でもよい）入口ポートである。２６は駆動ピ
ストンで、各ハウジングＨ３、Ｈ，との接合面の内周部
に挟持固定されたストローク量の大きいダイヤフラム２
７が、ピストン頂面に固設しである。ピストン２６の下
方には、中間部材２８が固着され、ピストン下面とハウ
ジングＨ２上面との間に圧縮ばね２９を配設している。

上記中間部材２８の下方中空円筒部分３０の下部内周に
はポンプピストン３１を螺着し、その下端にはさらに抑
え金具３２を螺着している。ポンプピストン３１の頂部
には、中央に開口３３が穿設され、弁部材３４が上記開
口３３中を摺動可能に垂設しである。ポンプピストン３
１の頂部下面と弁部材３４の頭部との間には圧縮ばね３
５を配設し、またダイヤフラム３６を、その外周をポン
プピストン３１と抑え金具３２との間に、またその中央
部を弁部材３４の頭部と前述の弁栓２１との間にそれぞ
れ挟持固定しである。さらに別のダイヤフラム３７ｋ、
その外周縁を各ハウジングＨ，，Ｈ，との接合面の内周
部に、またその内周縁を中空円筒部分３０の下端とポン
プピスト／３１の中間フランジ部上面との間に、それぞ
れ挟持固着しである。３８．３９はそれぞれ中空円筒部
分３０およびハウジングＨ２に穿設された通気穴である
。

つぎに、この逆洗器１３の作用を説明する。駆動用高圧
空気入口ボート２５から流入した高圧空気は、ダイヤフ
ラム２７に作用してピストン２６を、ばね２９を圧縮し
ながら押下げ、中間部材２８、中空円筒部分３０．ポン
プピストｙ３ｉ、ばね３５．弁部材３４を介して、弁栓
２１（Ｉ：弁座２２に押付けて流出口２４を閉基する。

弁栓２１と弁座２２の当接後も、ばね３５が圧縮されて
、ピストン２６はさらに下降し、同時にポンプピストン
３１は弁室Ｃ内のＩ濾過液を強く加圧する。第７図にお
ける排出弁１９が開放されているとき、１過液の一部は
急速に流入口２３を経て１過エレメントの２次側へ逆流
し、濾過エレメント９のすべてのすきまに存在する堆積
微粒子層ｔｆｉ過エレメントの１次側空間に押し随して
濃縮液タンク８内へ排出し、濾過エレメントすきまの洗
浄を行う。

弁栓２１と弁座２２は閉鎖され、ポンプピストン３１は
それぞれダイヤフラム３６．３７によって密封されてい
るので、ｆ過液の外部への洩れはなく、またシール部の
運動抵抗も微少で、駆動用流体のエネルギ効率は極めて
高い。またこのようなダイヤプラムを用いると、濾過液
の圧力が高い場合や高頻度の逆洗に対してもその寿命は
極めて長い。また耐熱性や耐薬品性の高い、例えば弗素
ゴム等の材料で各ダイヤフラムを形成することによって
、広い範囲の温度範囲や各種薬品の種類に対応すること
ができる。

循環流を与えながら、すなわち第７図の弁１１゜１８を
開としたまま逆洗を施す場合、ｆ過液の粘度が高いとき
など十分な逆洗効果を得るためには、逆洗器のアクチュ
エータを駆動する流体圧力（空圧または油圧）を高くし
てやればよい。さらに重要なことは１過エレメントの各
すきまの洗浄効果を高めるため、逆洗流速を瞬間的に大
きくすることであり、この逆洗器は駆動流体圧力を適当
に高めることによって従来の１過装置に見られない噴射
状逆洗を行い得る著しい利点がある。こ−の特色は、第
２図ないし第４図に示すように、すきまの形状がくさび
状を形成していることにより最大限に発揮することがで
きる。

第９図には、数ミクロンからサブミクロンにまたがるポ
リマー微粒子を２．０００　ｐｐｍという高い濃度で含
有する水を３分間隔で連続的に逆洗を施した連続試験の
流量曲線を示す。図で明らかなように１過流量の回復率
は１００％に近く、このシステムの極めてすぐれた逆洗
効果を実証している。

以上説明してきたように、この発明によれば、高濃度の
微粒子を含有する原液を濾過または濃縮する分離システ
ムを、円筒部に複数の１過流通過孔を有し、かつ該円筒
部表面にねじ山を形成した中空筒本体に３角形状断面の
微細ワイヤを捲付けて成る濾過エレメントの２次側に、
駆動高圧流体によって作動するピストンにより、その容
器内に存在する１過液を加圧して前記濾過エレメントの
２次側へ逆流させる逆洗器を接続し、所定の時間間隔で
前記逆洗器を作動させる制御装置により、運転中に濾過
エレメントの自動洗浄を行うように構成し、またこのシ
ステムを構成する濾過エレメントやそのフィルタ容器、
逆洗器、流量計、差圧計、各弁等は、すべて耐薬品、耐
熱性、耐圧性にすぐれたステンレス材、チタン材等で、
またダイヤフラムを弗素ゴム等で構成することができる
ようにしたので、極めて広い範囲の流体の濾過に対応す
ることができ、さらにその操作は完全に自動化でき、常
に最高の１過積度を維持して連続使用ができる。また濾
過エレメントの交換の心太がないので、従来のその交換
に付随して生ずるプロセスの停止によるコスト、液体の
蒸発、使用済み濾過エレメントの廃棄などに伴う公害問
題等、種々の問題点を一挙に解消し得るという極めて顕
著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は、この発明の一実施例を示す図で
、第１図は、濾過エレメント本体の中空円筒、第２図は
、濾過エレメント要部の部分的拡大断面図、第３図およ
び第４図は、第２図の隣接ワイヤ部分をさらに拡大した
断面図、第５図は、このシステムの濾過流量およびｉ’
ａ精度の時間的経過による変化を示す線図、第６図は、
ｄ：Ｉ過流を示す１過工レメント要部の拡大断面図、第
７図は、自動分割システムの系統線図、第８図は、逆洗
器の縦断面図、ならびに第９図は逆洗効果を示す１過流
量の実験値の一例である。 １・・・・・・・・・中空円筒体 ４・・・・・・・・・微細ワイヤ １０・・・・・・ｊ−１過エレメント １３・・・・・・逆洗器 ２０・・・・・・制御装置 ２１・・・・・・弁栓 ２２・・・・・・弁座 ２７・・・・・・駆動ピストン ３１・・・・・・ポンプピストン Ｃ・・・・・・・・・弁室 第５図　　　　　第６図 第７図 ノｆｆｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高濃度の微粒子を含有する原液を濾過または濃縮する分
   離システムであって、円筒部に複数の濾過流通過孔を有
   し、かつ該円筒部表面にねじ山を形成した中空円筒体に
   ３角形状断面の微細ワイヤヲ捲付けて成るｒ過エレメン
   トの２次側に、駆動高圧流体によって作動するポンプピ
   ストンによりその容器内に存在するｒ過液を加圧して＠
   記１過エレメントの２次側へ逆流させる逆洗器を接続し
   、所足の時間間隔で前記逆洗器を作動させる制御装置に
   より運転中に１過エレメントの自動洗浄を行うよう構成
   したことを特徴とする原液自動分離システム。