JPS62121667A - 半透膜を用いた遠心式連続濾過装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、淡水その他の液体中に含まれているミクロン
サイズの微細な不純物ないしは塵埃を連続的且つ効率的
に除去するための遠心式濾過装置に関する。

［従来の技術］ Ｔ業技術の目ざましい進展に伴って液体濾過の分野にお
いても様々な新技術の展開がみられる。

例えば今や゛産業界の米″と称される程重要な存在にま
で成長した集積回路は、その製造過程において、素材の
切削や洗滌などのために使われる水の中にミクロンサイ
ズの微小不純物が混入していても微細な回路間にショー
トを起させるので、厳密に不純物が取り除かれたいわゆ
る超純水を使用することが必須要件になっている。そし
てこの様な純度の高められた水を得る方法として、イオ
ン交換樹脂や逆浸透膜などの膜技術の利用が行なわれて
いる。

超純水はまた原子力発電所の蒸気発生用水、薬品製造用
水などとしても活発な需要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のイオン交換樹脂を用いる方法は、水中にイオン化
して溶存している不純物をも確実に取り除くことができ
るが、イオンを吸収し尽した樹脂は酸またはアルカリな
どによって再生処理を行う必要があり、処理廃液問題も
派生するので、必ずしも理想的な精密濾過方法であると
は称し難い。

また逆浸透膜を濾材として使用する方法も、細密な多孔
質構造を備えた膜材に次第に沈積してくる不純物ないし
異物を定期的に除去する必要があって、膜材の洗滌のた
めに少なからず時間と労力を要する点に改善の余地が残
されている。

本発明は濾材としての半透膜への不純物の沈積ににる経
時的な濾過性能の低下を極力阻止するための半透膜の自
浄機構が組込まれた遠心式連続詔過装置を提供すること
を目的とし、付随的にはミクロンサイズ以上の異物の濾
過も同時的に行なうことのできる装置の提供をも目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による半透膜を用い
た遠心式連続濾過装置は、遠心力の及ぶ面に濾材として
の半透膜を数句けると共に濾過用ポンプの吸入口に連ら
なる吸液口を設（プた、閉鎖内空部を右する回転フィル
タと、前記濾過用ポンプの吸引力調節手段と、前記回転
フィルタの回動手段および回転制御手段と、前記回転フ
ィルタを被濾過液中に浸漬するための濾過槽と、該瀘過
槽内にお（プる前記半透膜の両側の液圧差を検知するた
めの液圧差検出手段とを備えてなり、前記液圧差検出手
段によって検知される差圧が被濾過液に対する前記半透
膜の逆浸透圧以上の設定レベルに保たれる様に、前記濾
過用ポンプの吸引力と前記回転フィルタの回転速度を制
御するための制御回路を付設する構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 上記のごとき構成を備えた本発明装置は、瀘過槽内に浸
漬された回転フィルタの内空部に濾過液を満したうえ、
回転フィルタの回動手段と濾過用ポンプを働かせると、
ポンプの吸引力によって瀘過槽内の被濾過液は半透膜を
通して回転フィルタの内空部に吸引される力を受ける。

同時に回転フィルタの遠心力の及ぶ面に取り付けられて
いる半透膜の外周面には遠心作用力が及ぼされる。

あらかじめ被濾過液中での半透膜の逆浸透圧を測って置
き、半透膜の両側の液圧差がこの逆浸透圧以上の任意の
設定レベルに保たれる様に制御回路を働かせることによ
って、装置は半透膜の働きによる濾過作用を営むと同時
に、半透膜の外周面にポンプの吸引力によって沈積しよ
うとする被濾過液中の不純物を回転フィルタの呈する遠
心力によって排除し、半透膜に自浄機能を与える。

実施例の効果として、半透膜にはミクロンサイズ以上の
大きさの異物を除去するための濾材が積層されているの
で、いわば精密濾過の前工程としての粗濾過が同時的に
行われると共に、この濾材にも自浄機能が与えられる。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明装置の具体的
な構成を説明する。

第１図〜第５図はいずれも本発明による一実施例装置を
示したもので、第１図は要部の側断面図、第２図は第１
図の（イ）−（イ）断面図、第３図と第４図は第１図の
部分拡大図、第５図は第１図の（ロ）−（ロ）断面図、
そして第６図はこの実施例装置を用いた濾過システムの
一例を示した見取図である。１は金属あるいは硬質合成
樹脂からなる回転フィルタの本体く以下単に回転フィル
タという）であって、この実施例では閉鎖された内空部
を有する円筒形状を備えている。１ａは回転フィルタ１
の周壁面に一定間隔を保って穿った縦長のスリット群で
あり、２はくり扱き穴としてのスリット１ａに張設する
ように取付けられたネット状ないし布状の濾材であって
、その内周面には回転フィルタ１の部分拡大図としての
第４図に示されている様に、ミクロンサイズの不純物の
除去用濾材として働く半透膜１００が添着されている。

１０１と１０２は半透膜１００の内外両面に添わされた
、プラスデック或は金属製の保護用または取付は基盤を
なすネット材である。それぞれ円筒状をなす濾材２と半
透膜１００は、その上下両端縁の押え金としての止め環
１０４とその固定用ボルト１０５によって回転フィルタ
１に取り付けられる。１ｂと１０はそれぞれ回転フィル
タ１の上側および下側筒端面に一体的に形成された筒状
回転軸と中実回転軸であり、３は筒状回転軸１ｂの延長
部分をなす中空回転軸、４は中空回転軸３の上端部に嵌
着さぜたプーリ、１０は下端側に外嵌させたベアリング
、１１は中実回転軸１Ｃの下端面に設けられた凹孔に嵌
入させたベアリングボールである。

２０は被濾過流体２１を満した濾過槽、２０ａと２０ｂ
は被濾過流体の入口孔と出口孔であり、槽の蓋板２０ｃ
には中空回転軸３を遊嵌させた状態のちとにこれを支持
するための中空ボルト状の軸受１２の螺着用ねじ穴が設
けられている。１３は軸受１２のゆるみ止めナツトであ
る。

回転フィルタ１は被濾過流体２１中に浸漬された状態の
もとに濾過液槽２０内に沈められ、その底端側の中実回
転軸１Ｃはベアリングボール１１を介して濾過槽２０の
底板２０ｄに設けられたボール受座によって支承される
。一方回転フィルタ１の上端側に連接された中空回転軸
３用ベアリング１０はこの回転軸に形成された異経段落
面と軸受１２の間で狭搾把持される。

中空回転軸３の内空部には、濾過用ポンプの吸入口と回
転フィルタ１の回転軸部との連通手段としてのポンプ吸
入口延長管５が挿入されており、その下端部５ａは回転
フィルタ１の内空部に達して、その吸液口をなしている
。吸入口延長管５の下端部５ａには図示のように周縁に
立ち上がり部分５Ｃを備えた７ランジ状部５ｂが形成さ
れている。また中空回転軸３の下端側を回転フィルタ１
の内空部に向けて突出させた部分にはゴム状弾性体から
なる短筒状のシール部材６および７が同軸的に外嵌され
ている。このシール部材６と７は第２図にみられるよう
に単一の筒体ではなくて、２つの半円筒体を幾分かの間
隙をへだでてつき合せたごとき構成を備えており、両シ
ール部材６と７はこの分割ラインが円周方向に９０°隔
たるような位置関係のもとに同軸的に嵌合されている。

シール部材の材質としては機械的ないし物理的特性、殊
に耐摩耗性にすぐれたウレタンゴムや弗素ゴムなどが好
適しているが、これら材料と他の弾性材料を適宜に組合
せた複合構成をとらせてもよい。８および８ａはシール
部材６と７の止め環およびスペーサである。

シール部材６および７は装置が休止している時は、その
筒壁面がほぼ垂直をなす原形を保っており、外側のシー
ル部材７の外周面と吸入口延長管５の先端のフランジ状
部の立ち上り部分５Ｃの内周面との間に幾分かの空隙が
存置されて回転フィルタ１の閉鎖状態にある（スリット
１ａに張設されている濾材を準気密材料であると仮定す
れば）内空部は、吸入口延長管５とこの管に外挿されて
いる中空回転軸３の間隙を通じて大気に連通している。

回転フィルタ１の内部の適宜の個所、この実施例ではポ
ンプ吸入口延長管５の下端フランジ状部５ｂの下面に第
１の液圧センサ２０１が、また濾過槽２０の内壁面のセ
ンサ２０１の取付位置とほぼ同一の高さの個所に第２の
液圧センサ２０２がそれぞれ取り付けられている。

第６図は本発明装置の使用方法を例示した、流体濾過シ
ステムの見取図であって、１は回転フィルタ、２０は被
濾過流体が満たされている瀘過罹、２２は濾過用ポンプ
、５はポンプ２２の吸入口と回転フィルタ１の内空部と
を連通させるための手段としての吸入口延長管、２５は
回転フィルタ１の駆動用モータで無段変速型または定速
回転型モータに無段変速機を組合せたものを使用する。

２４は濾過ポンプ２２の吸引力を調節するための、ポン
プ駆動モータ２３の制御手段（制御回路）、２６は回転
濾枠１の回転数を調節する役割を果たす、モータ２５の
制御手段（制御回路）であり、２００は装置の制御回路
である。２７は濾過済み液の貯槽、２９は濾過槽２０の
前置タンクであって濾過槽２０の適正液深維持のためな
どにも役立つ。２８は濾過槽２０内の流体をタンク２９
に移し入れるためのポンプである。

つぎに上記実施例装置の作動について説明する。

濾過槽２０に被濾過液が回転フィルタ１を完全に浸潰さ
せるに足りる適正な液深を保って満されている状態のも
とにポンプ２２を起動させると共に、回転フィルタ１の
駆動用の無段変速モータ２５を充分低速下にスタートさ
せる。この時ポンプ２２の吐出管に介在させた吐出バル
ブ（図示略）は充分に絞り込み、且つ回転フィルタ１の
内空部はあらかじめ濾過済みの液を満して置く。この装
置が濾過機能を果たすための原動力をなすものは、もち
ろん濾材２と半透膜１００とから成る濾材層（以下単に
濾材と言う）の両側に生ずる液圧差である。そしてこの
実施例装置では、濾材２がミクロンサイズ以上の異物の
除去を受（プ持ち、ミクロンサイズの微小粒子や塩類な
どの異物は半透膜１００が呈する逆浸透環条を利用した
、いわゆる逆浸透法によって取り除く様に構成されてい
る。

そこで、まず始めに濾材２の働きに限って説明すると、
本発明装置の心臓部というべき回転フィルタ１の役割は
、単に濾材２によって被濾過流体中に混在している異物
がポンプ２２の吸入口に侵入してくるのを阻止するだけ
にはとどまらない。即ち回転フィルタ１の横断面図とし
ての第５図にみられるように、濾材２による通液抵抗と
ポンプ２２による流体吸引力との相関関係からして、濾
材２の層を界にして高圧側にある濾過槽２０内の流体２
１が、低圧側にある回転フィルタ１の内空部に向って矢
印ａで示されたように侵入する際に、濾材の網目より大
きい粒経の異物は、侵入をはばまれて濾過作用が営まれ
るが、回転フィルタ１は例えば１００〜１　、　ｏｏｏ
ｒｐｍといった速さで矢印（ハ）の方向に連続回転させ
られているので、濾材２の表面には図中に矢印すで示さ
れたように遠心作用力が発生する。そしてこの遠心作用
力が濾材２の表面に取り残されて沈着しようとする異物
をはねのける力として働き、回転フィルタ１はその濾材
表面に自浄機能が与えられることになる。この自浄作用
力は当然に回転フィルタ１の回転速度と相関関係にある
。

ところで被濾過液が濾材２を通過する速度、別言すれば
ポンプ２２の吐出量は可及的に大ぎくすることが求めら
れるが、濾材２の通液抵抗によって制約を受けるもので
あり、また濾材２の網目がある程度異物によってふさが
れていることはより微細な異物を濾過する能力が与えら
れたことを意味するので、上記の自浄作用力も必ずしも
最大限にまで発揮させればよいといった性質のものでは
ない。従って回転フィルタ１の回転数にも自ずから適正
値が存在する。そこで装置の始動時は回転フィルタ１の
駆動用モータ２５の回転数を充分に落した状態に保ち、
ポンプ２２の吐出管から排出される濾過液の濾過効果を
確めながら徐々に回転数を高めると同時に吐出口バルブ
の開度も増大させて行く。吐出バルブを開きすぎると回
転フィルタ１内への濾過液の補給が追いつかず、ポンプ
２２は空転することになる。濾過効果と吐出量の兼ね合
いで回転フィルタ１の最適回転数が決定された後は同一
条件のもとて操業する限り、この決定回転数と吐出バル
ブ開度に装置の作動状態を固定させておけば、濾材２の
表面に被濾過液中の混入異物が次第に沈積して経時的に
濾過効率が低下する不都合を来たすことなく、安定した
濾過作業を継続させることができる。

ところで、本発明装詔の構成上の特徴は、回転フィルタ
１の内空部を大気圧から遮断するための機構にもあるの
で、この点について第１図ないし第５図を参照しながら
説明する。

濾過槽２０内の被濾過液２１中に浸漬されている回転フ
ィルタ１の内空部に被濾過液２１が濾材２の通液抵抗に
さからって侵入するためには濾材２を介してその両側に
圧力差が存在することが要件となるが、この実施例装置
では回転フィルタ１の内空部はポンプ吸入口延長管５と
管５に外挿されている中空回転軸３との間に生ずる間隙
を介して大気と連通せざるを得なくなり、一方濾過槽２
０内も大気と連通可能な状態に置かれているので、この
間隙封止手段としてシール部材６と７を組付けたのであ
る。既述のごとく装置の休止時にはこれらシ一ル部材は
シール作用を営まないが、ポンプ２２を作動させるとそ
の吸引力によって回転フィルタ１内は瞬間的に減圧状態
となるので、ゴム弾性材からなり半円筒体をつき合せた
ごとき形状を備えた短筒状のシール部材６と７は大気圧
に押されることによって、その自由端としての下端部が
スカート状に拡張され、このシール部材の外周を囲繞し
ている吸入口延長管５のフランジ状部の立ち上がり部分
５Ｃの内周面に密接させられることとなり、遠心作用力
もあづかって以後は回転フィルタ１が回転しつづける限
り、シール部材６と７による軸封機能が維持されつづけ
ることになる。シール部材６および７は極めて耐摩耗性
のすぐれた例えばポリウレタンゴムや弗素ゴムなどで作
られており、またＯリングなどのように圧縮作用力を受
けることがないので、いわゆる材質のへたり現象を生ず
ることもほとんどなく、従来の回転摺動部用シール材と
は異なって摩耗による交換をほとんど必要としないとい
う極めてすぐれた特徴を備えている。

そして装置の休止時にはシール状態を自然に解除させる
ことができる。

次に被濾過液中に混在し、前記の濾材２の働きによって
は除去できなかったミクロンサイズの不純物を取り除く
ための半透膜１００の働きの説明に移る。

半透膜１００としては例えば酢酸セルロース、ポリアミ
ド、ポリビニルアルコールなどで作られた中空状繊維の
集成膜とか多孔質セラミックなどの公知のものを使用す
る。半透膜１００を装置に取り付ける方法は既に述べた
ごとくである。

半透膜１００に濾材としての機能を果させるためには、
被濾過液に対する半透膜１００の逆浸透圧以上の液圧差
をこの膜の両側に生じさせる必要がある。

逆浸透現象を利用した従来の濾過装置では、この液圧差
を生じさせるためには濾過用ポンプの吸引力を適宜に制
御寸れば足りたが、本発明による装置では半透膜を取り
付けた濾枠としての回転フィルタ１はフィルタ自身に自
浄機能を与えるために１　、００Ｏｒｐｍにも及ぶ比較
的高速で回転させられており、回転フィルタ１の呈する
遠心作用力が濾過槽２０内の被濾過液に及ぼされる。従
って回転フィルタ１の内空部の液圧の高下の動きを支配
する濾過用ポンプ２２の吸引力は、この遠心作用力を考
慮に入れて調節を行なわないと、半透膜１００の両側に
適切な逆浸透圧を及ぼすことができない。

この問題点の解決策として上記実施例装置では、回転フ
ィルタ１の内空部に位置するポンプ吸入口延長管５の下
端フランジ状部５ｂの下面に第１の液圧センサ２０１を
、そして濾過槽２０の内壁面のセンサ２０１の取り付は
位置とほぼ同じ水準の個所に第２の液圧センサ２０２を
取り付け、これら両センサからの圧力情報を装置の制御
回路２００に入力させる方法を採った。この情報に基づ
いて、半透膜１００の両側に逆浸透圧以上の任意の設定
レベルの液圧差が生じる様に、濾過用ポンプ駆動用モー
タ２３の制御回路２４および回転フィルタ駆動用モータ
２５の制御回路２６に適切な回転数を指示するための電
気回路を設けることは簡単に行える。この場合は回転フ
ィルタ１に必要な自浄機能を保持させて置くために、モ
ータ２５の回転数は被濾過液の性状に応じてあらかじめ
実験的に決定しである最適回転数に固定させ、ポンプ駆
動用モータ２３の回転数を調節することによって所要の
逆浸透圧が保たれる様に制御する。

なお濾過槽２０内に次第に蓄積されてくる不純物は、本
願発明者等が既に創案している不純物の排出装置によっ
て自動的に濾過槽の外に運び出される。

また、半透膜１００によっても除去し切れなかった溶存
イオンも完全に取り除くためには、濾材の第３の構成要
素としてイオン交換膜を積層させる方法を取ることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はいずれも本発明による一実施例装置を
示した図であって、第１図は装置要部の側断面図、第２
図と第５図はそれぞれ第１図の（イ）−（イ）および（
ロ）−（ロ）断面図、第３図と第４図は第１図の部分拡
大図、第６図は装置全体のシステム図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）遠心力の及ぶ面に濾材としての半透膜を取付けると
   共に濾過用ポンプの吸入口に連らなる吸液口を設けた、
   閉鎖内空部を有する回転フィルタと、前記濾過用ポンプ
   の吸引力調節手段と、 前記回転フィルタの回動手段および回転制御手段と、 前記回転フィルタを被濾過液中に浸漬するための濾過槽
   と、 該瀘過槽内における前記半透膜の両側の液圧差を検知す
   るための液圧差検出手段とを備えてなり、前記液圧差検
   出手段によって検知される差圧が被濾過液に対する前記
   半透膜の逆浸透圧以上の設定レベルに保たれる様に、前
   記濾過用ポンプの吸引力と前記回転フィルタの回転速度
   を制御するための制御回路が付設されていることを特徴
   とする半透膜を用いた遠心式連続濾過装置。 ２）前記濾材としての半透膜に、ミクロンサイズ以上の
   径を有する異物の除去用の濾材が積層されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半透膜を用いた
   遠心式連続濾過装置。 ３）前記半透膜は、セラミックないしは合成樹脂製であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の半透膜を用いた遠心式連続濾過装置。