JPS6120327B2 - - Google Patents

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JPS6120327B2
JPS6120327B2 JP53053685A JP5368578A JPS6120327B2 JP S6120327 B2 JPS6120327 B2 JP S6120327B2 JP 53053685 A JP53053685 A JP 53053685A JP 5368578 A JP5368578 A JP 5368578A JP S6120327 B2 JPS6120327 B2 JP S6120327B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイルタに係り、更に詳細には多孔性
金属型の工業用フイルタに係る。本発明のフイル
タは特に慣性フイルタとして使用されるよう構成
されており、又、その上流側表面上に半透膜が設
けられると半透現象による液体の分離に使用され
るよう構成されている。
多孔性金属フイルタは、従来金属粒子或は粉末
をそれが形状を維持し得るようにすべく揮発性結
合剤及び／或は圧力を使用して所要のフイルタ形
状に形成され、次いで金属粒子が好ましくは制御
された雰囲気中にて該金属粒子の融点に近い温度
にて加熱或は焼結することにより多孔性の集合体
に変換されることにより形成される。従来の手法
により作られた従来の多孔性金属フイルタは、そ
れらが全体に亘つてほぼ一様な小孔構造を有して
いるので、しばしば等透過性フイルタと呼ばれ
る。かかるフイルタは特に流体より不純粒子を濾
過するのに有用であり、かかる粒子物質は流体が
これを通つて移動する際フイルタの小孔内に或る
深さにて捕捉される。小孔が栓塞されるようにな
ると、フイルタはもはや使用不可能であり、それ
を再度有効なものとせしめるために浄化運転され
る。栓塞前のフイルタの運転時間を増大しようと
するかかるフイルタの修正が本願出願人による先
の米国特許第3728061号に開示されており、それ
には上流側の層が比較的大きな小孔寸法を有し且
つ比較的小さな濾過作用を与え、他方下流側の層
が比較的小さな小孔寸法を有し且つ比較的大きな
濾過作用を与えるようほぼ等厚の二つの層にフイ
ルタを形成することが含まれている。
従来技術により形成された多孔性金属フイルタ
は濃縮器と呼ばれることもある慣性フイルタとし
て使用されているが、かかる目的には必ずしも充
分ではない。慣性フイルタを使用する場合には、
濾過されるべき流体はフイルタの上流側表面に平
行にポンプで導入され、流体が前記表面に沿つて
通過する際フイルタの壁部を横切る差圧により流
体の一部が濾過水としそれを貫流せしめられる。
従来技術により形成された多孔性金属フイルタが
慣性フイルタとして使用された場合に生ずる問題
は、所要の高い濾過作用や所要の機械的強度を与
えるよう形成された場合には、濾過水の除去に干
渉するほど過度の背圧を発生し、特にフイルタが
該フイルタを連続運転状態に維持するために必要
な吹出しパルスによる洗浄作用に抵抗するように
なるということである。
従つて本発明の目的は、高い濾過作用及び機械
的強度を与えしかもそのフイルタが許容し得る低
い背圧を有するよう充分な透過性を有し、又フイ
ルタの吹出し洗浄が更に有効なものとされるよう
構成された慣性フイルタを提供することである。
かかる目的及び関連する目的は、一部は明らか
であり又一部はこれ以降の詳細な説明に於て指摘
されるであろうが、本発明によれば、比較的大き
な粒子寸法を有する焼結金属粒子のマトリツクス
を有し、比較的大きな相互に繋がつた小孔を有
し、その上流側表面に近接して非常に薄い表皮下
部分を有しそており、比較的小さな小孔寸法の焼
結金属粒子によりその上流側表面の直下に相互に
繋がつた小孔が形成されている如きフイルタ壁部
を形成することによつて達成される。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。
添付の第２図に図示されている如く、多孔性金
属フイルタ１０は周知の要領にて粒子１１を結合
すべく所要程度圧搾され且つ焼結された金属粒子
１１を有している。相互に繋がつた小孔１２によ
りフイルタ１０の壁部を貫通する流体通路が与え
られる。
第７図は端部２１，２２がジヤケツト２３に溶
接され且つこの中に固定された多孔性金属管状フ
イルタ２０を示している。ポンプ２４が流体３０
をタンク２５より導出し、導管２６及び管状フイ
ルタ２０内を通過せしめ、このフイルタ２０より
導管２７により流体３０はタンク２５へ戻され
る。ポンプ２８が導管２９を経て濾過された流水
を導出し、それをこのシステムより導管３１を経
て排出する。この装置は希薄な流体流より使用可
能な生成物を濃縮し且つ再生するために使用され
て良い。例えば流体３０がペンキの顔料製造に於
る酸化鉛の如き粒子物質のスラリーである場合に
はこの装置により流体は濃縮される。又この装置
は廃材を濃縮したり、溶剤を再生し且つ再処理し
たり、或は流体を浄化したりするのにも有用であ
る。
かかる装置が作動されると、大きな比率の流体
３０がフイルタ２０内を軸線方向に通過し更に再
処理されるべく導管２７を通つてタンク２５へ至
り、小さな比率、例えば約10％の濾過された流水
が導管２９を経て除去される。かかる運転が継続
すると、フイルタの小孔１２は栓塞されるように
なり、流水除去の比率が低下する。フイルタ２０
の上流側の面或は内面３６の小孔１２を栓塞して
いるケーキ状物質を取除くために、タンタ３４内
に加圧されて貯容されている流水の短パルスの流
水が導管３５を経てジヤケツト２３内に入り管状
フイルタ２０を貫通して吹出し得るよう、タイマ
３２が周期的に弁３３を開くようになつている。
流水が通過しなければならない通路は曲がりくね
つているので、短パルスの吹出しではフイルタ内
に付着している約90〜98％の粒子しか取除くこと
ができず、残りの２〜10％の粒子は吹出しパルス
の圧縮作用によりフイルタの内面に近接して濃縮
される。約10〜20フイルタの後には圧縮された粒
子材料は安定した栓塞層を形成してしまう。
添付の第５図に於て、本発明によるフイルタを
形成する一つの好ましい方法には、第２図に図示
されている如く比較的大きな小孔１２を有する濾
過作用の小さなフイルタチユーブ２０を用意する
ことが含まれている。かかるフイルタチユーブ２
０は本願出願人による先の米国特許第2792302号
に開示された方法により或は本願出願人による先
の米国特許第3567437号或は同第3632243号に開示
された方法を使用することにより容易に用意され
得る。本発明によれば、フイルタチユーブ２０を
形成する際に使用される金属粒子１１は約25〜30
μの平均寸法を有しているのが好ましい。一般に
0.5〜44μの寸法範囲の粒子が大低の目的に適し
ている。使用される金属は選択の問題であるが、
一般には例えば種々の等級ステンレス鋼の如き耐
食性金属か、或はモネルメタルやインコネルなる
商標にて販売されているニツケル合金やニツケル
−クロム合金である。フイルタ１０は約10〜50％
の範囲の多孔性を有するマトリツクスを与えるの
が好ましい。典型的なフイルタ１０は約0.01〜
0.5インチ（0.25〜12.7mm）の範囲内の壁厚と約１／１
６ 〜５／８インチ（1.6〜15.9mm）の範囲内の内径とを有 している。一般にポンプの使用可能な圧力や容量
に応じて比較的長いチユーブはより小さな内径に
て形成され、比較的短いチユーブはより小さな内
径にて形成される。
水に浸された比較的小さな金属粒子のスラリー
４０が用意されタンク４１内に貯容される。ポン
プ４２がスラリー４０を導管４３、フイルタ２
０、導管４４を経て循環せしめタンク４１へ戻
す。ポンプ４５が水を流水としてジヤケツト４６
より導管４７を経て導出し、この流水をメータ４
８及び導管４９を経てタンク４１へ戻す。慣性の
ためにスラリー４０の殆どの金属粒子特に比較的
大きな粒子はフイルタ２０内を長手方向に通過す
る。しかし粒子の中には流水により小孔１２内に
搬送され底に定着するものがある。流量メータ４
８が金属粒子が小孔１２内に定着してフイルタ２
０を通る流水の流量が低減したことを示すと、短
パルスの流水が圧力を加えられて導管３７を経て
流入され、チユーブの内面に定着している金属粒
子を圧縮する。安定した層が形成されるとフイル
タ２０は第５図に図示された装置より除去され、
第６図に図示された焼結炉５０内に配置される。
焼結炉５０は蓋５１を有しており且つ加熱要素５
２を有している。水分がフイルタチユーブより乾
燥除去され、その温度が上昇されその小孔内に埋
込まれた金属粒子が所定の位置に焼結される。焼
結行程中に生ずる収縮のために、上述の付着行程
を繰返し再度焼結するのが有利である。又２回目
の付着行程に於ては最初の付着行程に於て使用さ
れたスラリー内に存在していたものよりも小さな
粒子を含むスラリーを使用することが可能であ
り、従つて最終製品の濾過作用の程度を増大せし
めることができる。
第１図に図示されている如く、付着された比較
的小さな粒子６０は上流側の表面３６に近接して
集中され、極く僅かな距離だけフイルタの壁部を
貫通する。一般にかかる貫通は0.015インチ
（0.38mm）を越えてはならず、0.001インチ（0.025
mm）程度である。貫通の好ましい範囲は0.003〜
0.005インチ（0.076〜0.13mm）である。粒子６０
は表面３６に平行なスラリーの流れによりぬぐい
さられるので該表面３６上には付着しない。
スラリー４０を用意する際に使用される粒子６
０はチユーブ２０を形成する際に使用された金属
粒子１１と同一の金属よりなつていて良く、或は
異なつた金属よりなつていても良い。特定の例と
して、ニツケル粒子にて用意されたスラリー４０
がステンレス鋼のチユーブ２０に使用した場合非
常に効果的であることがわかつた。粒子６０の大
きさはチユーブ２０を用意する際に使用された金
属粒子１１の大きさよりも常にかなり小さく、必
要とされる濾過作用の程度に応じて選択される。
しかし粒子６０はそれらがフイルタの上流側の面
に真近な表皮下部分に定着しない程小さなもので
あつてはならない。一般に定着される粒子６０は
0.02〜0.5μの範囲内の平均寸法を有しており且
つ粒子１１よりも次数で１或は２程微細であるの
が好ましい。かかる粒子を使用すれば約15μより
約１或２μまでの小孔寸法を有する上流側表面が
形成される。もし所要の定着を行うのに充分な程
微細な粒子が存在していれば、スラリー内のすべ
ての粒子６０が必ずしもこのような小さな大きさ
である必要はない。
添付の第４図に同等の高い濾過作用を維持しつ
つフイルタの透過性を増大すべく使用されて良い
チユーブ２０の変形例が図示されている。この変
形例の特徴は比較的大きな粒子１１が使用されて
いるので比較的大きな小孔寸法を有するチユーブ
２０を、粒子１１の定着を受入れるべく比較的小
さな小孔寸法を有する薄いインナライナ１９を設
けて形成することにある。この薄いインナライナ
１９は定着される粒子６０を担持するのに必要と
される厚さよりも厚くされる必要はない。ライナ
１９は粒子６０を保持するので、チユーブの残り
の部分は10〜500μの範囲の粒子を使用して非常
に大きな小孔寸法を有するよう形成され得る。
第１図に図示されている如く、ニツケル粒子６
０は極く僅かな距離だけ上流側表面３６を貫通す
るだけである。この粒子６０が所定の位置に焼結
されると本発明のフイルタ２０′が得られる。も
しフイルタ２０′が第７図に図示された装置に使
用されても、栓塞される可能性のある小孔１２は
微細な焼結粒子の多孔層６５にて充填されている
ので、フイルタ２０′は栓塞することなく非常に
長い期間に亘つて機能する。たとえフイルタが栓
塞されたとしても、タンク３４より吹出しパルス
を与えることによりフイルタは容易に且つ完全に
洗浄される。何故ならば、そのパルスの圧力は容
易に比較的大きな小孔１２を通過して焼結粒子６
０の微細にして薄い層６５に到達するからであ
る。この層６５を通過する粒子はいづれも容易に
比較的大きな小孔１２を通過してフイルタ２０′
より出るので、フイルタ２０′は微細な粒子によ
つて栓塞されることはない。更にフイルタの上流
側表面３６はその小孔１２が焼結微細粒子６０に
て充填されており、これによりその表面凹凸が低
減されており又その表面がケーキ状になることが
ないようにされている。かくして本発明によれ
ば、所要の高い濾過率を与えしかも良好な多孔性
と機械的強度とを有するフイルタを与える非常に
薄い濾過帯域が上流側表面に近接して与えられ
る。本発明によるフイルタは破損或は被裂するこ
となく3000psi（211Kg／cm2）もの圧力に耐え得る
よう形成され得る。一般に同等の濾過作用を有す
る等透過性フイルタに比べ、本発明のフイルタを
使用した場合に必要とされるパワーは１／３〜１／２だ
け低 減される。
本発明の一例として、外径が0.953cm、内径が
0.635cmであるステンレス鋼製等透過性チユーブ
２０が7.6〜8.9cmHgのイソプロピルアルコール内
に於て沸点を有するよう形成された。第７図に図
示された装置にフイルタ２０として使用したとこ
ろ、これらのチユーブは毎分フイルタの上流側表
面の１cm2につき30.48ccのチユーブ２０を通る流
量にて効果的な0.5μフイルタとして機能するこ
とができた。種々のスラリーが濾過されると、流
水の流量は時間と共に低下した。水に溶かされた
一種類の炭素粒子を使用した場合には、流水の流
量は毎分フイルタの上流側表面の0.0929cm2につき
11.36より毎分フイルタの上流側表面の0.0929
m2当り0.0189に低下し、20分毎に加えられた一
連の吹出しパルスの効果は徐々に低下した。
同様のチユーブ２０が第３図に図示された装置
内に配置され、0.5μの大きさを有するニツケル
粒子の１重量パーセントの水スラリーがタンク４
１内に入れられた。この装置は流水流量が毎分
0.0929m2当り11より同じく0.189に低下する
まで運転された。次いでこのチユーブ２０は除去
され、所定の位置にニツケル粒子を結合すべく焼
結され、得られた管状フイルタ２０′が第７図に
図示された装置内に配置された。その初期の流水
流量は炭素スラリーに於て毎分0.0929m2当り約
3.5であり、そのチユーブは従来のチユーブ２
０よりも遥かに長い間吹出しを要することなく栓
塞されない状態のままであつた。吹出しは遥かに
効果的であり、そのフイルタチユーブの寿命は10
倍以上に延ばされた。
上述の如く、フイルタ２０′は半透膜用の支持
体としても有利に使用可能である。このことは第
３図に図示されており、フイルタ２０の上流側表
面３６はセルロースアセテート、ナイロン、メタ
クリル酸塩、再生セルロース、或はポリエチレン
などの如きプラスチツクスの薄い被膜６６の形で
薄い半透膜にて覆われている。液体状或は溶液状
のプラスチツクが表面３６上に流され、出来るだ
け薄い層、好ましくは0.3μのオーダにて硬化せ
しめられる。水溶液が600〜1500psi（42〜105
Kg／cm2）の如き高圧下にて構成されたチユーブ内
にポンプにより導入されると、溶媒としての水は
プラスチツク層６６及びフイルタ２０′を貫通し
て流出するが、溶質はそれらの背後に残つた状態
のままとなる。このことは半透現象として知られ
ている。フイルタ２０′を使用することの利点
は、フイルタ２０′により小孔を有する比較的平
滑な支持面３６が与えられ、これにより所要の機
械的強度を与えつつ薄膜の破損を阻止することが
でき、しかもフイルタ２０は比較的多孔性があ
り、従つて背圧が過度に高くなるのを回避するこ
とができることである。半透作用は半塩水或は海
水の如き不純物質を含む水より純水を取出した
り、又砂糖水、果汁、コーヒーなどをそれらより
水分を除去することによつて濃縮するのに有用で
ある。
以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。例えば好ましい実施例につ
いての説明は円形断面の管状フイルタについての
み行われたが、本発明が適用されるのはかかる特
定の形状に制限されるものではなく、他の形状の
フイルタであつても良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明により形成された多孔性金属フ
イルタの上流側表面の一部を顕微鏡写真的な解図
で示す拡大断面図である。第２図は本発明による
修正前の従来の多孔性金属フイルタを示す第１図
と同様の図である。第３図は半透膜用の支持体と
して多孔性金属フイルタを使用した状態を示す第
２図と同様の図である。第４図は本発明の変形例
を示す管状多孔性金属フイルタの断面図である。
第５図は本発明のフイルタを形成すべくフイルタ
チユーブを処理する装置の解図的部分断面図であ
る。第６図は焼結炉及びその中のフイルタチユー
ブを示す断面図である。第７図は本発明のフイル
タを使用する装置の解図的部分断面図である。 １０〜金属フイルタ、１１〜粒子、１２〜小
孔、２０〜管状フイルタ、２１，２２〜端部、２
３〜ジヤケツト、２４〜ポンプ、２５〜タンク、
２６，２７〜導管、２８〜ポンプ、２９〜導管、
３０〜流体、３１〜導管、３２〜タイマー、３３
〜弁、３４〜タンク、３５〜導管、３６〜表面、
３７〜導管、４０〜スラリー、４１〜タンク、４
２〜ポンプ、４３、４４〜導管、４５〜ポンプ、
４６〜ジヤケツト、４７〜導管、４８〜メータ、
４９〜導管、５０〜焼結炉、５１〜蓋、５２〜加
熱要素、６０〜粒子、６５〜多孔層、６６〜プラ
スチツク層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 焼結された金属粒子よりなり、且つ定着され
    た且つ焼結された微細な金属粒子により形成され
    た比較的小さな小孔寸法を有する薄い表皮下部分
    をその上流側表面に近接して有している多孔性壁
    部を含んでいることを特徴とするフイルタ要素。 ２ 特許請求の範囲第１項のフイルタ要素に於
    て、前記フイルタ要素の壁部は筒状体の形であ
    り、前記上流側表面はその内面であることを特徴
    とするフイルタ要素。 ３ 特許請求の範囲第１項のフイルタ要素に於
    て、すべての金属粒子は耐食性金属にて形成され
    ていることを特徴とするフイルタ要素。 ４ 特許請求の範囲第１項のフイルタ要素に於
    て、前記多孔性壁部は0.5〜44μの範囲内の粒子
    寸法を有する焼結金属粒子にて形成されたマトリ
    ツクスを含んでおり、前記微細な金属粒子は焼結
    前には0.02〜0.5μの範囲内の粒子寸法を有して
    いることを特徴とするフイルタ要素。 ５ 特許請求の範囲第２項のフイルタ要素に於
    て、前記筒状体は薄いインナライナを有するアウ
    タチユーブとしそて形成され、前記薄いインナラ
    イナは前記アウタチユーブよりも小さな小孔寸法
    を有していることを特徴とするフイルタ要素。 ６ 特許請求の範囲第４項のフイルタ要素に於
    て、前記薄い表皮下部分の深さは0.015インチ
    （0.38mm）を越えてないことを特徴とするフイル
    タ要素。 ７ 特許請求の範囲第４項のフイルタ要素に於
    て、前記フイルタ要素は筒状体の形であり、前記
    上流側表面はその内面であることを特徴とするフ
    イルタ要素。 ８ 特許請求の範囲第６項のフイルタ要素に於
    て、前記多孔性壁部の厚さは0.01〜0.5インチ
    （0.25〜12.7mm）の範囲内であることを特徴とす
    るフイルタ要素。 ９ 特許請求の範囲第７項のフイルタ要素に於
    て、前記筒状体は１／１６〜５／８インチ（1.59〜15.9
    mm） の範囲内の内径を有していることを特徴とするフ
    イルタ要素。 １０ 特許請求の範囲第８項のフイルタ要素に於
    て、前記フイルタ要素は筒状体の形であり、前記
    上流側表面はその内面であることを特徴とするフ
    イルタ要素。 １１ 特許請求の範囲第７項のフイルタ要素に於
    て、前記内面は半透膜にて覆われていることを特
    徴とするフイルタ要素。 １２ 特許請求の範囲第１１項のフイルタ要素に
    於て、前記半透膜はプラスチツクの薄い被覆であ
    ることを特徴とするフイルタ要素。
JP5368578A 1976-12-13 1978-05-04 Filter element Granted JPS54146076A (en)

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