JPS6111647B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力ろ過器に関し、特に弾性膜また
は弾性ダイヤフラムによつて液体と固体粒子との
供給混合物に高圧が加えられる形式の圧力ろ過器
に関する。

ろ過表面を含む圧力ろ過器内の供給混合物（そ
れは液体と固体粒子との混合物を含む。）に加え
られる圧力が高ければ高い程、ろ液、すなわちろ
過表面を介して押し通される液体の割合が高くな
り、ろ過ケーク、すなわちろ過表面に保持される
固体粒子が乾燥することは周知である。通常の圧
力ろ過器では圧力はロータリーポンプあるいは往
復ポンプによつて供給混合物に直接に加えられ
る。しかし、もし約300lb/in²（≒21.1Kg/cm²）よ
り大きい圧力で圧力ろ過器を作動することが望ま
れるならば、圧力を供給物に直接加えることは不
経済になる。なぜならば供給物内の固体粒子は、
この目的のために用いられるあらゆる高圧ポンプ
の運動部分あるいは静止部分において厳しい摩耗
問題を起こすからである。

したがつて近年、固体粒子のない加圧流体から
の圧力を、圧力ろ過される液体および固体粒子の
供給混合物へ伝達するために、弾性膜または弾性
ダイヤフラムを用いる形式の圧力ろ過器が開発さ
れている。したがつて、高圧を発生するために用
いられるポンプは、「きれいな」液体とのみ接触
し、摩耗問題は著しく減少する。一般に、弾性膜
あるいは弾性ダイヤフラムを含む圧力ろ過器は１
つの圧力容器を備え、圧力容器の内側は弾性膜に
よつて２つの区画室に分割され、一方の区画室は
圧力流体のためにあり、他方の区画室は、供給混
合物（それは液体と固体粒子とを含む。）のため
にあり、かつ液体に対しては浸透可能であるか供
給混合物の固体粒子に対して浸透不可能であるろ
過表面を含む。本明細書において「膜式圧力ろ過
器」として称されるそのような圧力ろ過器は次の
ように構成される。すなわち、ろ過表面と膜の表
面とは、平行であり、平面が湾曲である。しか
し、ほぼ円筒のろ過表面と１つの同軸的な円筒膜
とを設けることは一般に非常に有利である。なぜ
ならばこの形状は、ろ過表面、その支持構造体、
および膜を含むに必要な圧力容器の容積に対する
ろ過面積の比を非常に有利にする。この後者の形
式の膜式圧力ろ過器は便宜上、「膜式管状圧力ろ
過器」として称されるいろいろな種類の膜式管状
圧力ろ過器はすでに記述されており、例えばイギ
リス国特許明細書第907485号、第1194676号、第
1240465号、第1271494号、およびアメリカ合衆国
特許明細書第3900403号を見られたい。

ある種の膜式管状圧力ろ過器は、一方を他方の
内に配置されかつほぼ直立位置に支持されるよう
になつているほぼ管状で同軸的な１対の内側およ
び外側の装置、外側管状装置内に配置されかつ外
側管状装置に各端を固定されている不浸透性弾性
スリーブの形態の弾性膜、内側管状装置の周りに
配置されかつ内側管状装置によつて支持されるろ
過素子の形態のろ過表面、ろ過素子および内側管
状装置の開口を通過したろ液（すなわち液体）を
内側管状装置から排出する出口手段、第１の位置
と第２の位置との間において互いに相対的に同軸
的に管状装置を移動させる手段を備え、管状装置
の第１の位置ではそれらは、不浸透性弾性スリー
ブによつて同軸的に互いに不連通な内側および外
側の区画室に分割されかつ閉じられている１つの
環状室を区画するように互いに共働し、内側区画
室は供給混合物（それは分離されるべき液体と固
体粒子との混合を含む。）のための１つの入口を
もち、外側区画室は、圧力を受けている圧力流体
のための１つの入口をもち、管状装置の第２の位
置では環状室は開いて固体粒子を内側区画室から
排出することを可能にする。以後、そのような膜
式管状圧力ろ過器を、「上述種の膜式管状圧力ろ
過器」と称する。

膜式圧力ろ過器とともに存在する１つの問題
は、ろ過表面がほぼ平行であるという以外の全て
の場合に、もし圧力流体を構成する材料の比重が
供給混合物を構成する材料のそれとほぼ同じでな
いならば、重い方の材料が弾性膜の下側部分に軽
い方の材料より高い圧力を及ぼし、この結果、弾
性膜は、膜の２つの側面に作用する水圧の相違に
よるが膜の膨張による引張力によつて均衡するま
で、軽い方の材料によつて占められる区画室内へ
膨張するように強いられる。概して、弾性膜が大
きい程、水圧の相違による力が弾性膜内の引張力
と均衡する前に、弾性膜の寸法の変化は大きくな
るだろう。例えば、膜式管状圧力ろ過器において
用いられてもよい円筒ゴムスリーブ形態の弾性膜
の場合には、スリーブの直径が大きいときほど、
スリーブ周の増大は大きくなるだろう。軽い方の
材料によつて占められる区画室内への弾性膜の膨
張は、弾性膜の表面がろ過表面に対してもはや平
行とはならないという問題を引き起こす。この結
果、圧力流体の静水圧は、液体をろ過表面の細孔
を介して絞るために増大するに連れて、膜の一部
は非常に接近し、最終的に接触し、こうしてろ過
表面はろ過表面のその部分においてあらゆるさら
なるろ過作用を有効に妨げ、弾性膜の他方の部分
は、ろ過作動中にろ過表面からかなりの距離に保
持し、この結果、ろ過ケークの厚い層がこれらの
部分において形成される。こうして生じる厚さの
変化するろ過ケークは排出するのに困難であり、
その形成は圧力ろ過器の不十分な使用を表わす。

前述の問題に対する１つの解決策は、供給混合
物の比重と少しだけ相違する比重の圧力流体を用
いることである（イギリス国特許明細書第
1240466号を見よ。）。しかしその問題に対するこ
の解決は、水の比重より実質的に高い比重の圧力
流体が高価でかつしばしば操作するに困難である
という不利に苦しめられている。さらに、供給混
合物の比重は比較的短い時間間隔にわたつて広く
変化し、この結果材料の比重間の相違を望ましい
限界内に保持することは不可能である。

本発明の膜式管状圧力ろ過器によれば、外側管
状装置と、この外側管状装置に対し同軸的に設け
られかつ同様に同軸的に設けられたろ過表面をも
つ内側管状装置と、ろ過表面に対し同軸的に設け
られて外側管状装置と内側管状装置との間の空間
を別々の区画室に分割する不浸透性弾性膜とを有
し、内側の区画室が液体と微細に分割された固体
からなるろ過すべき混合物用の入口をもち、外側
の区画室が圧力流体の入口をもつているものにお
いて、不浸透性弾性膜が、少なくともその下側部
分で下方へ先細になる円錐台状の形状をもつてい
る。

第１の区画室すなわち内側区画室の供給混合物
の比重が、第２の区画室すなわち外側区画室の圧
力流体の比重よりかなり大きいと、弾性膜の下側
部分は、２つの材料のうち密度の小さい方によつ
て占められている第２の区画室内へ大きく膨張す
ることを本発明によれば抑制される。

本発明の１実施例において、望ましい効果は、
応力のないときに望ましくない膨張が非常に厳し
い範囲における膜の水平方向の有効な直線寸法を
減少させることによつて達成される。これは、望
ましくない膨張が非常に厳しい範囲における無応
力時の水平方向の直線寸法を小さくした膜を設け
ることによつて、あるいは膜に当接もしくは密接
して置かれるが膜に付着していない弾性的な拘束
帯でありかつその拘束帯がないときに膨張する程
度に膜が膨張することを有効に妨げる拘束帯を設
けることによつて、なされ得る。望ましくない膨
張が非常に厳しい範囲は一般に圧力ろ過器の下側
範囲である。

もし膜式圧力ろ過器のろ過表面がほぼ平面であ
るならば、望ましくない膨張が非常に厳しい範囲
においては他の範囲よりも小さい無応力時の水平
幅を弾性膜はもつてよい。無応力時の水平方向の
幅が、望ましくない膨張の大きさに従つて頂部か
ら底部まで変化するように、膜が作られることは
好ましい。例えば、無応力時の水平方向幅は膜の
底部において最小であつてよく、頂部へ向かつて
増大してよい。代わりに、ほぼ長方形の拘束帯
が、望ましくない膨張が非常に厳しい範囲に設け
られ、膜の側にその拘束帯が２つの材料のうち密
度の小さい方と接触してよい。膜に密接して置か
れ圧縮応力を与えられている帯の存在は、拘束帯
がないときに膜が膨張する程度に、密度の小さい
方の材料によつて占められる区画室内へ膜が膨張
することを防止する。

もし膜式圧力ろ過器のろ過表面がほぼ円筒（そ
れは管圧力ろ過器の通常の場合である。）である
ならば、膜は、無応力時の直径が底部より頂部に
おいて大きい円錐台あるいは部分的に円筒および
部分的に円錐台の形態であつてよい。頂部および
底部の直径間の相違は２つの区画室内の流体の比
重間の相違、区画室の鉛直方向の高さ、および膜
の材料の厚さおよび弾性特性に関係する。代わり
に、弾性膜は、ほぼ円筒であるが、望ましくない
膨張が非常に厳しい範囲において環状の拘束帯に
よつて包囲されてよく、なお、その拘束帯は弾性
膜の無応力時の直径より小さい無応力時の直径を
もつ。環状拘束帯は望ましくない膨張が非常に厳
しい範囲における弾性膜の有効直径を減少させて
いる。膜が無応力にあるとき、拘束帯は弾性膜に
ひだ状のまたは波形の形態を採らせ、しかし、弾
性膜が負圧を受けて外側管状体の内壁に引き戻さ
れるとき、そのひだまたは波は、平滑にされ、し
たがつて流体圧力が加えられるときには元の形に
戻らない。拘束帯は比較的狭くて円筒であつてよ
く、望ましくない膨張が非常に厳しい範囲におい
てのみ包囲されてよく、しかし好ましくは拘束帯
は、円錐台であり、膜の実質部分、例えば膜の底
部からほぼ中間の個所もしくはそれより上方まで
を包囲している。そのような円錐台形の帯の直径
は、底部における膜の無応力時の直径よりはるか
に小さい値から帯の頂部における帯の無応力時の
直径と同じあるいは少しだけ小さい値まで変化す
る。周知の形式の膜式管状圧力ろ過器の弾性膜は
しばしば、膜の両端を外側管状体に固定すること
を容易にするベル（鐘）形の端をもち、ベル形の
端の一方の上に拘束帯を引くために、好ましくは
拘束帯は、所定の引張力の作用を受けて拘束帯を
一層大きく伸ばす複数の穴あるいはスロツトを設
けられる。

膜式圧力ろ過器の第１および第２の区画室内の
２つの流体の比重の間の相違の変化に適合するた
めに、２つあるいはそれより多くの拘束帯を弾性
膜とともに使用のために設けることは、望ましく
あるいは必要であるかもしれない。

前述の装置の全ては、密度の小さい方の材料に
よつて占められる区画室内へ弾性膜が膨張するこ
とに対抗する力を増大させることに役立つ。

次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図に示されている周知の弾性膜は、膜式管
状圧力ろ過器の外側管状装置に弾性膜を固定する
ためにベル（鐘）形の端部分２，３を有する円筒
弾性スリーブ１から成る。

第２図に示される弾性膜もまた、ベル形の端部
２，３を有する円筒状の弾性スリーブから成る。
しかしこの場合、円筒状スリーブの大部分は、今
や円錐台形の拘束帯４によつて包囲されており、
拘束帯は、円筒弾性スリーブの対応部分にひだ状
のあるいは波形の形状を採らせる。拘束帯の上側
部分は、1in（≒25.4mm）直径の穴５を複数個、
設けられている。

第３図に示されている弾性膜は、円筒状である
上側部分１と円錐台状である下側部分４とから成
る。

第４図は本発明の１つの実施例を示し、そこで
は、上述種（特に日本国昭和53年特許出願第1570
号に記載されている。）の膜式管状圧力ろ過器は
第２図に示されている弾性膜を設けられている。
第４図に示されている膜式管状圧力ろ過器は内側
管状装置１００と外側管状装置２００とを持つ。
内側管状装置は２つのほぼ同心的な円筒部材１０
１，１０２を含む。円筒部材１０１は、406mmの
全体直径と3.05ｍの全体長さとをもち、それは、
内側管状装置の円筒状の中央区分を構成し、ろ過
表面としてのろ過素子１０３の支持体として働
き、それは、ろ液（ろ過素子１０３を通過したろ
液）を円筒部材１０１の内部へ進入させる複数の
開口１０４を設けられている。ろ過素子１０３は
便宜上、円筒部材１０１に緊密に嵌合する金網の
円筒と、金網に堅く嵌合するろ過器布スリーブと
を備える。

円筒の中央部材１０１の上側および下側端に
は、内側管状装置の上側端区分と下側端区分とが
取り付けられている。これらの端区分は、それぞ
れ円形板１０５，１０６によつて円筒部材１０１
の上側端と下側端とを閉じることによつて、形成
されており、各円形板は、２つの円筒カラー１０
７，１０８の一方の端にはまる中心穴を設けら
れ、各カラーの他端は、円筒部材１０２の両端を
閉じる円形の端板１０９，１１０内に設けられて
いる中心穴内に嵌合している。圧縮空気のための
上側入口管１１１とろ液のための下側出口管１１
２はそれぞれ端板１０５，１０６を貫通し、円筒
部材１０１，１０２の間の空間へ連通する。円筒
部材１０２はシールされ、次のように設けられ
る。すなわち、部材１０１内の圧力が、ろ過素子
１０３の外側表面からろ過ケークを分離するに十
分な程に上昇する前に、圧縮空気によつて満たさ
れなければならない部材１０１の内部容積を減少
させるように、それは設けられる。内側の端部材
１１３は複数のスタツドボルトによつて板１０６
に固定され、それは整形部材１１４と外側端部材
１１５とを含んでいる。同様に、整形部材１１７
と外側端部材１１８とを含んでいる内側端部材１
１６は板１０５に固定されている。内側の端部材
１１３と外側の端部材１１５と板１０６とはそれ
らの間において室１１９を区画している。膜式管
状圧力ろ過器の上側端において、内側端部材１１
６と外側端部材１１８と板１０５とはそれらの間
において１つの中央副室１２３を区画し、副室１
２３は、環状室１２５へしたがつて環状スロツト
１２６へ至る複数の放射状の管路１２４を設けら
れ、入口１２８および環状スロツト１２６を通つ
て供給混合物が膜式管状圧力ろ過器の内側の第１
の区画室へ供給され得る。

外側管状装置２００は円筒の中央区分２０１と
下側および上側の端区分とを備える。下側および
上側の端区分は、中央区分２０１に溶接されてい
る下側フランジ部分２０２および上側フランジ部
分２０３と、スタツドボルトによつてそれぞれフ
ランジ部分２０２，２０３へ取り付けられている
下側環状部材２０４および上側環状部材２０５と
を備える。フランジ部分２０２と環状部材２０４
とはそれらの内へ特別形状の溝を切られており、
この結果、それらはそれらの間において不浸透性
の弾性スリーブ１の下側の環状玉縁にはまりおよ
び締め付け得る。不浸透性弾性スリーブ１の上側
環状玉縁２はフランジ部分２０３と環状部材２０
５との間において締められる。フランジ部分２０
２は穴２１０を設けられ、導管２１２は穴２１０
へ連通している。同様に、フランジ部分２０３
は、導管２１３へ連通する穴２１７を設けられて
いる。２つのフランジ部分２０２，２０３の間の
ほぼ中ほどには、ほぼ半円形の分岐管２１８が設
けられ、分岐管２１８は、導管２１２，２１３を
互いに接続し、入口／出口を設けられている。こ
の入口／出口は真空ポンプへまたは低圧の圧力流
体を供給するポンプへもしくは高圧の圧力流体を
供給するポンプへ接続されてもよい。穴２１０お
よび２１７の内側オリフイスは、膜式管状圧力ろ
過器の外側の第２の区画室内へ通じている。

内側の管状装置１００は流体圧ラム２２０（そ
れはくも形の構造体上に設けられ、その構造体の
複数の足は上側の環状部材２０５にボルト締めさ
れている。）によつて外側管状装置２００に対し
て鉛直下方へ移動してよい。流体圧ラム２２０は
高圧の圧力流体のための２つの入口／出口ポート
を設けられているので、内側管状体は適当な入
口／出口ポートを高圧のポンプへ接続することに
よつて上昇あるいは下降されてよい。膜式管状圧
力ろ過器が第４図に示される位置にあるとき、シ
ールは内側および外側の管状装置の間において、
下側端では下側端区分の外側端部材１１５内の溝
内にはまつているＯリングシールによつて、上側
端では上側端区分の外側端部材１１８内の溝内に
はまつているＯリングシールによつて形成されて
いる。

内側のおよび外側の管状装置はともに、弾性ス
リーブ１によつて不連通となつている内側の第１
のおよび外側の第２の区画室に分割されている１
つの環状室を区画している。

前記した膜式管状圧力ろ過器はカオリン粘土の
懸濁水溶液を脱水するために用いられた。懸濁水
溶液は1.2000の比重をもち、用いられる圧力流体
1.000の比重の水であつた。弾性膜は、それはベ
ル形の端２，３と無応力時の外側直径432mmの中
央円筒部分とをもつ不浸透性の弾性スリーブの形
態であるが、弾性膜１は厚さ６mmの天然ゴムから
形成された。円錐台形の拘束帯４は、2.13ｍの長
さと348mmの底部外側直径と394mmの頂部外側直径
とをもち、それは厚さ５mmの天然ゴムから形成さ
れ、弾性膜の下側部分上を引つ張られた。直径25
mmの穴５の２つのリングは、それらは約75〜100
mm離れているが、それらは拘束帯の上側部分に形
成されて、弾性膜のベル形の両端の一方の上に拘
束帯を引くために拘束帯の伸びを容易にした。カ
オリンの懸濁液が前述の装置を用いて脱水された
ときに形成されたケークは、約12.5mmのほぼ均一
な厚さをもつた。

比較すると、カオリンの懸濁液が拘束帯なしで
脱水されるときに形成されたケークは、幅におい
て頂部の約３mmから底部の約50mmまで変化した。
それはろ過表面積の非常に不十分な使用を表わし
ている。

本発明の第２の実施例では、膜式管状圧力ろ過
器が、比重1.2000のカオリン粘土の懸濁水溶液を
脱水するために用いられ、圧力流体は比重1.000
の水であつた。弾性膜は、前記した弾性スリーブ
の寸法と同じ寸法のベル形の端２，３を有する不
浸透性弾性スリーブからなる第３図に示される形
態であつた。しかし、膜の本体は、長さ915mmで
外側直径432mmの上側円筒部分１と長さ2.13ｍで
底部外側直径373mmの上側の外側直径419mmの下側
の円錐台部分４から成つていた。弾性膜は厚さ６
mmの天然ゴムから形成され、段または肩は、円筒
状部分と円錐台状部分とがつながつている範囲に
形成された。カオリン懸濁液が前述の装置を用い
て脱水されたときに形成されたケークは約12.5mm
のほぼ均一な厚さをもつていた。

本発明の第３の実施例では、膜式管状圧力ろ過
器はカオリン粘土の懸濁水溶液を脱水するために
用いられ、懸濁水溶液は1.200の比重をもち、圧
力流体は比重1.000の水であつた。弾性膜は、前
記した弾性スリーブと同じ寸法のベル形の端を有
する不浸透性弾性スリーブの形態であつたが、膜
の本体は、長さ915mmで外側直径421mmの上側円筒
部材と長さ2.13ｍで底部外側直径356mmで上側の
外側直径421mmの下側円錐台部分から成つてい
た。膜は厚さ６mmの天然ゴムから形成され、この
場合、段または肩はなかつたが、円筒部分と円錐
台部分との間において平滑な移行部があつた。カ
オリンの懸濁液が前述の装置を用いて脱水された
ときに形成されるケークは約12.5mmのほぼ均一な
厚さをもつていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は上述種の膜式管状圧力ろ過器における
使用のために周知の設計の弾性膜を部分的に長手
方向断面で示す図、第２図は上述種の膜式管状圧
力ろ過器において本発明に従つて使用される弾性
膜の１つの実施例を部分的に長手方向断面で示す
図、第３図は上述種の膜式管状圧力ろ過器におい
て本発明に従つて使用される弾性膜の第２の実施
例を部分的に長手方向断面で示す図、第４図は第
２図において示される弾性膜を含んでいる上述種
の膜式管状圧力ろ過器を長手方向の断面図で示す
図である。 １……弾性膜、上側部分、４……拘束帯、下側
部分、１００……内側管状装置、１０３……ろ過
素子、１２８……入口、２００……外側管状装
置、２１０，２１７……穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側管状装置と、この外側管状装置に対し同
   軸的に設けられかつ同様に同軸的に設けられたろ
   過表面をもつ内側管状装置と、ろ過表面に対し同
   軸的に設けられて外側管状装置と内側管状装置と
   の間の空間を別々の区画室に分割する不浸透性弾
   性膜とを有し、内側の区画室が液体と微細に分割
   された固体からなるろ過すべき混合物用の入口を
   もち、外側の区画室が圧力流体の入口をもつてい
   るものにおいて、不浸透性弾性膜１，４が、少な
   くともその下側部分で下方へ先細になる円錐台状
   の形状をもつていることを特徴とする、膜式管状
   圧力ろ過器。 ２ 不浸透性弾性膜１がその全長に沿つて円錐台
   状であることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載のろ過器。 ３ 不浸透性弾性膜１，４が円筒状上側部分１と
   円錐台状下側部分４をもつていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項に記載のろ過器。 ４ 不浸透性弾性膜が円筒状であり、その下側部
   分が拘束帯４により円錐台状の形状にされている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   のろ過器。 ５ 円筒状のろ過表面１０３が内側管状装置１０
   ０の円筒状中央区分１０１に支持されていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載のろ
   過器。