JPS6025168B2 - 自動分離システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高精度の炉過ェレメントと自動洗浄装置を備
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炉趣あるいは濃縮する
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、さらには炉過機能の停止を余儀なくされる。

従釆、スクレーパなどの洗浄法を用いて目詰り対策を自
動化し易い面炉過式ェレメントは一般に炉過精度が低く
、また一方、炉過精度の高いマトリックス式炉過ェレメ
ントは自動洗浄を実施し難いという問題点があり、この
両者の長短を補完して取扱いの容易な自動炉過技術の開
発は、永くまた強く要望されていた。この発明は、上記
の問題富点に着目してなされたもので、極めて高精度を
有する面炉過式ヱレメントを自動的に逆洗浄する自動分
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、この発明の自動分離システムに用いられる炉
過ェレメントの一実施例のェレメント本体を示す。

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

ワイヤの幅をＢとすれば、相隣るワイヤ間に形成される
すきま（紬隙）Ｓは、Ｓ＝Ｐ一Ｂ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炉過精度の面炉過式ェレメ
ントを得ることができる。この炉過ェレメントは、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は深さを示
す）を極めて小さくしてあるので、この空間に堆積する
微粒子層６は浅く、ェレメント内外の差圧により生ずる
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高くならない。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炉適材として利用され
る。また圧縮圧力が低いため、流れを逆流させる逆洗浄
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％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、このェレメントは、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炉過を実現しなが
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
、微粒子の堆積によって炉過流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施して流量の回復をはかる必要が
ある。

この間の炉過流量と炉過精度の時間的経過に対する変化
図表を第５図に示す。炉過流量の低下時にはケーキ炉過
効果があって炉過精度は向上するが、逆洗によって炉過
流量の回復と共に炉過精度はその都度元に戻る。図で明
かなように、炉過流量を大きくしたときは逆洗頻度を高
くすればよく、また炉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、高度の炉過または濃縮
を行うときは、炉過ェレメントの１次側（流入側）源液
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語り状を呈し、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。

ェレメントのすきま、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炉過流量
を制限することを意味する。第６図は、炉過の流れを示
す拡大断面図で、円筒状炉過ェレメントの一次側を循環
流Ａとすれば、炉過流Ｂはその分流となり、また循環流
Ａは炉過流Ｂ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あり、少くと
も堆積微粒子の成長を鈍化させる煩向をもつ。また直交
流を与えることにより、微細なすさまＳを通る流量は相
当に低くなり、ケーキ炉過効果を大きくするのに役立つ
。すなわち直交流は、ある程度の目語り対策を自然に行
い、かつ炉過精度を向上させる重要な要素の一つとなる
。符号９，１０，１ １，１２，１６，１８は、後述す
る第７図の説明に示す。つぎに、この炉過ヱレメントを
使用した自動分離システムの系統を第７図によって説す
る。

６は原液のタンク、７は池過液体タンク、８は濃縮液（
排出液）タンク、９は炉過ェレメントである。

タンク６内の原液は、ポンプ１０により、１次側流量調
整弁１１を経てフィル夕１２へ送られる。炉過ェレメン
ト９により分離炉過された炉過流は逆洗器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は炉過ェレメント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
たは濃縮液排出用の空圧操作弁である。

高炉過精度を要するとき、ケーキの十分発達していない
初期の炉過流は、３方弁１５により原液タンク６へ戻さ
れる。

炉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、ケーキ炉過効果はそれによ
り確認され、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
たタイマ装置により発生させ、堆積ケーキによる炉過精
度の向上とともに第５図で示したような各サイクルを高
炉過精度の炉過流を自動的に得ることができる。これら
の精度が炉過ェレメント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を省略できる。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
アクチュェータ部分１３ｂへこの信号を送つて高圧空気
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図で説明する。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ェー夕部分
１３ｂは、それぞれ一体に結合された各ハウジングＴ，
，比，日３，日４の内部に収容されている。

２１は弁栓、２２はハウジング日，の下面に設けられた
弁座、２３は炉過流の流入口、２４は同流出口、また２
５は、ハウジング比お頂部に設けた駆動用高圧空気（油
などの流体でもよい）入口ボートである。

２６は駆動ピストンで、各ハウジング日３，凡との接合
面の内周部に挟特固定されたストローク量の大きいダイ
ヤフラム２７が、ピストン頂面に固設してある。

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Ｑ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３
０の下部内周にはポンプピストン３１を螺着し、その下
面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□３３が穿設され、弁部
材３４が上記閉口３３中を摺動可能に華設してある。ポ
ンプピストン３１の頂部下面と弁部材３４の頭部部との
間には圧縮ばね３５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、またその中央部を便部材３４の頭部と前述の弁栓２
１との間にそれぞれ侠特固定してある。さらに別のダイ
ヤフラム３７を、その外周縁を各ハウジング日，，比と
の接合面の内周部に、またその内周縁を中空円筒部分３
０の下端とポンプピストン３１の中間フランジ部上面と
の間に、それぞれ侠特固着してある。３８，３９はそれ
ぞれ中空円筒部分３０およびハウジング凡に穿設された
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２
９を圧縮しながら押下げ、中間部村２８、中空円筒部分
３０、ポンプピストン３１、ばね３５、弁部材３４を介
して、弁栓２１を弁座２２に押付けて流出口２４を閉塞
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内の炉過液を強く加圧する。第７図
いおける排出弁１９が開放されているとき、炉過液の一
部は急速に流入口２３を経て炉過ェレメントの２次側へ
逆流し、炉過ェレメント９のすべてのすきまに存在する
堆積微粒子層を炉過ェレメントの１次側空間に押し流し
て濃縮液タンク８内へ排出し、炉過ェレメントすきまの
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、炉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、駆動用流体のヱネルギ
効率は極めて高い。またこのようなダイヤフラムを用い
ると、炉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、
炉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、逆洗器のアクチュェ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炉過ェレメントの各すきまの逆浄効
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
よって従来の炉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２，００政ｐｍ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線を示す。

図で明らかなように炉過流量量の回復率は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炉過または濃縮する分離
システムを、円筒部に複数の炉過流速過孔を有し、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炉過ェレメントの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炉過液を加圧して前記炉過ェレメ
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
に炉過ェ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炉過ェ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、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炉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
炉過精度を維持して連続使用ができる。また炉過ェレメ
ントの交換の必要がないので、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
用済み炉過ェ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、炉過ェレメント本体の中空円筒、第２図は
、炉過ェ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、このシステムの炉過流量および炉過
精度の時間的経過による変化を示す線図、第６図は、炉
過流を示す炉過ェレメント要部の拡大断面図、第７図は
、自動分離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炉過流量の実
験値の一例である。 １・・・・・・中空円筒体、４・…・・微細ワイヤ、１
０・・・・・・炉過ェレメント、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。 簾Ｊ図 第２図 第３図 簾イ図 第５図 豹６図 筋フ図 繁９図 簾タ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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つて、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、駆動高圧流体によつて作動するポン
   プピストンによりその容器内に存在する濾過液を加圧し
   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
   構成したことを特徴とする原液自動分離システム。