流体フィルター
流体を濾過するためのフィルターは、流入端部および排出端部と、ハウジングの長さ方向に沿って延在する膨張可能部材と、当該ハウジングの長さ方向に延在すると共に流入端部において固定された複数の繊維とを具備してなる。上記膨張可能部材が膨張させられたとき、上記繊維は圧迫されて漸変フィルター基体を形成する。付加的フィルター媒体が上記流入端部内に導入され、それは流体のさらなる濾過のために繊維に捕らえられた状態となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体フィルター、特に、これに限定されるわけではないが、水のような液体から固形物質を除去するための高圧・大量処理フィルターに関する。本発明はさらにフィルターを稼働させる方法にまで拡張される。
【背景技術】
【０００２】
媒体中に混入した物質を捕らえるために繊維を利用するフィルターが特許文献１および特許文献２に開示されている。同様の装置は特許文献３にも開示されている。
【０００３】
特許文献３の装置の作動原理を図１および図１ａに概略的に示す。フィルター１００は流入端部１０２と排出端部１０３とを備えたフィルターハウジング１０１を具備してなる。ハウジングの長さ方向に延在しているのは、サポート１０６によって適所に保持された複数の平行な繊維である。この繊維を取り囲んでいるのは、フレキシブルな耐水膜１０４である。
【０００４】
濾過中、膜１０４は図１ａに１０７で示すように加圧され、これによって内部ピンチポイント(pinch point)１０８に向って繊維を締め付ける。濾過される物質は矢印で示す方向にフィルターを通って押しやられる。このフィルターは、膜内の圧力解放および通常の濾過流とは逆向きの逆流洗浄によって水を押し流して掃除することができる。
【０００５】
このタイプのフィルターはある用途に関しては有用となり得るが、ますます小さなサイズの粒子を濾過して取り除くことが望まれている。この目的を達する一つの方策は、膜が加圧された際に隣接繊維間の隙間が減少するよう繊維をより細くすることであろう。この選択肢によって濾過レベルを向上させることができるが、その製造には費用がかかり、しかも困難を伴う。
【０００６】
さらに、より脆弱な繊維は、フィルター稼動中に容易に損傷を受ける。
【０００７】
フィルター媒体として珪藻土のような公知のパウダーを使用することが知られている。だが、このパウダーは非常に細かいものであるので、それは、パウダー粒子がまとまるように、大きな厚みのある濾過ベッド内で使用される。珪藻土は高い濾過性能をもたらすが、それを大規模に使用する場合には、輸送が困難であるという欠点を有し、輸送コストは禁止的に高いものとなる。さらに、濾過される媒体がいったん土類ベッドを通過してしまうと、この土類に捕らえられたままのフィルターケーキおよび土類自身は、フィルターを掃除するために、フィルターから掻き落とさなければならない。これは多くの時間を必要とし、しかもクリーニング処理が実施されている間はフィルターを稼働させることができないので効率が悪い。
【特許文献１】米国特許第5,470,470号明細書(US-A-5470470)
【特許文献２】米国特許第4,617,120号明細書(US-A-4617120)
【特許文献３】欧州特許第0280052号明細書(EP-A-0280052)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、こうしたフィルターの濾過レベルを向上させると同時に従来技術に関連する問題を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば流体を濾過するためのフィルターが提供され、このフィルターは、流入端部と排出端部とを有するフィルターハウジングと、このハウジングの長さ方向(縦方向)に延在する膨張可能部材と、ハウジングの長さ方向に延在すると共に流入端部において固定された複数の繊維と、流入端部内に導入可能な付加的フィルター媒体とを具備してなり、膨張可能部材が膨張させられたとき、流入端部と、押し付けられる繊維とハウジングの内面または膨張可能部材のいずれかとの間に形成されるピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体を形成するよう、繊維はハウジングに対してあるいは互いに押し付けられ、かつ、付加的フィルター媒体が流入端部内に導入されたとき、それは流体のさらなる濾過のためにピンチ領域で捕らえられるようになっている。
【００１０】
本発明の第２の態様によればフィルターを稼働させる方法が提供されるが、このフィルターは、第１の端部と第２の端部とを有するフィルターハウジングと、このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、ハウジングの長さ方向に延在すると共に第１の端部において固定された複数の繊維とを有するものであって、繊維がハウジングに対してあるいは互いに押し付けられるよう膨張可能部材を膨張させ、第１の端部と、押し付けられる繊維とハウジング内面または膨張可能部材のいずれかとの間のピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体を形成するステップと、付加的フィルター媒体を、それがピンチ領域において捕らえられるようフィルターの第１の端部に流入させるステップと、濾過される流体を第１の端部から第２の端部へと流動させるステップとを具備する。
【００１１】
上記付加的フィルター媒体は、たとえ、所与のサイズのフィルターに関して、使用される繊維の直径が従来型におけるそれよりも小さくないものである必要があっても、繊維間の隙間を閉塞し、従来型フィルターよりも優れた濾過性能をもたらす。付加的フィルター媒体は僅かな量しかフィルターに加える必要はないので、付加的フィルター媒体の使用に関するコストは、従来型フィルターの濾過ベッドでそれを使用するのに比べて著しく低減される。ゆえに濾過レベルは、従来型の高い濾過性能のフィルターに関連するコスト的不利益を伴わずに増強される。
【００１２】
本発明の好ましい特徴および実施形態は、従属請求項において言及されている。好ましくは、上記付加的フィルター媒体は微細なパウダーであり、しかもより好ましくは、それは珪藻土である。そうした媒体は、極めて微細な粒子を濾過する能力を有するという利点を有し、しかも本発明と共に使用することに関して比較的少量しか必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明はさまざまな様式で実施可能であるが、以下で、いくつかの具体的な実施形態について、図面を参照し、例証として説明する。
【００１４】
まず図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係るフィルター２００が図示されている。このフィルターは円筒形フィルターハウジング２００内に収容されており、そのサイズは、特定の流体圧力、流量あるいは必要容積に応じて選択可能である。これに代えて、ハウジングはその遠位端部に向ってその幅が狭まる(先細となる)ような形状とすることができる。たとえば、ある特定の用途では、このハウジングは３１５ｍｍの外径と、２９０ｍｍの内径とを有する。フィルターハウジングは、金属または適当なプラスチック素材のような好適な素材から形成できる。ハウジングは流入端部２０２および排出端部２０３を有し、それぞれ濾過される媒体をフィルターに流入させ、そしてフィルターから流出させることを可能とする。
【００１５】
流入端部は、複数の流入開口部２０５を有する流入キャップ２０４によって蓋がされている。開口部２０５のそれぞれは別個の流入パイプ２０６から供給を受けるが、これによって、もし必要ならば、さまざまな液体および／またはガスをフィルターに並列供給することが可能となる。適当な連結手段２０７が、流入パイプを、必要な圧力および流速でフィルターに液体および／またはガスを供給する、さらなる配管システム(図示せず)に対して連結するために設けられる。
【００１６】
ハウジング２０１の流入端部２０２に隣接して、内部固定リング２０８が配置(投入)されている。このリングは、その上にヘッド基体２０９が堅固に搭載されるリップを提供する。ヘッド基材２０９はメンテナンスおよび／または交換を容易にするために簡単に取り外すことが可能であることが好ましい(ただし必須ではない)。流入キャップ２０４とヘッド基体２０９との間のフィルターハウジングの容積が流入チャンバー２１０を画定し、このチャンバー２１０内で、入って来る液体および／またはガスが混ざり合うことができる。
【００１７】
ハウジングの排出端部２０３は図２に示すように開放状態のままとしておくことができ、あるいはこれに代えて、出口キャップおよび出口パイプ(図示せず)を設け、流体がフィルターを通過した後、出て行く流体を案内するようにしてもよい。
【００１８】
ここで図３を参照すると、ヘッド基体２０９は取り外し可能なプレート３００からなり、これは、繊維の束(その一つを３０３で示す)を受けるための、周縁に沿って離間した複数の開口部を有する適当な硬質材(たとえば金属またはプラスチック材)から形成される。繊維はヘッド基体に都合のよい手法で、たとえば中実塊が形成されるよう繊維端部の概ね３０ｍｍを溶融させて一つにし、続いて開口部３０１内にクロスストラット(図示せず)を用いて、この塊を固定することによって取り付け可能である。繊維束開口部３０１間にあってかつそれを取り囲んでいるのは複数の小開口部３０２であり、これはヘッド基体を経て流体が流入できるようにするためのものである。開口部はいずれの種類のものも、好ましくはヘッド基体の周縁に沿って等距離ポイントにおいて離間させられ、これによって、概ね均一な繊維分布ならびに繊維束間のおよびそれを通る概ね均一な流体の流れがもたらされるようになっている。これに代えて、繊維の溶融前に繊維の周りにカラー７１０を配置してもよい。図７に示すカラー７１０は、続いて、繊維端部７２０が溶融されて一つになる前に、束内で繊維７１１を保持するためにかしめられる。このカラーは、その後、ヘッド基体の開口部３０１内に挿入することができる。
【００１９】
ここで再度図２を参照すると、ヘッド基体の下方の濾過チャンバー２１３内では、束３０１の個々の繊維２１１が、ハウジング２０１の周面に沿って、かなり均一な繊維カーテンを形成するよう広がっていることが分かる。繊維は濾過チャンバー２１３の長さに沿って実質的に軸線方向に延在しており、しかもチャンバーを通過する流れの方向と実質的に平行に配置されている。この実施形態では、繊維の端部は全く固定されておらず、単にだらりと垂れ下がっているだけである。
【００２０】
繊維２１１は、用途に応じて、適当な寸法を有しかつ適当な素材からなるものとすることができる。ある例では、繊維は、０.１５ｍｍないし０.５ｍｍの直径を有する、ポリマーすなわちナイロンあるいは炭素繊維あるいは金属からなるものとすることができる。繊維は中実であっても中空であってもよく、しかも円形、矩形あるいはその他の断面を有するものであってもよい。ある用途では、繊維が少なくとも部分的に、繊維長に沿ってあるいはそれを横切る方向に弾力性を有することが有利であろう。そうした繊維に関しては、所望の形状復元特性もまた求められる用途に応じて選択可能である。繊維は滑らかなあるいはざらざらした表面を有していてもよく、しかも必要とあれば被覆することもできる。テフロン(登録商標)および亜鉛のような繊維被覆が適切であろう。それはまた、望むならば帯電させてもよい。繊維の帯電は電離を促進することになるが、これはある用途では重要になるであろう。さらに、流体、繊維、ハウジング内領域あるいはそれらの組み合わせを磁化することも望ましいであろう。
【００２１】
図２ａに示す代替実施形態では、繊維２１１は、自由な状態のままとされるのではなく、排出端部２０３において固定されてもよい。この実施形態では、下側繊維端部２１５は、繊維束を固定するための開口部(図示せず)ならびに濾液流出用のさらなる開口部(やはり図示せず)を有する排出側基体ヘッド２１６に固定されている。排出側基体ヘッド２１６は、何らかの適当な手法で、たとえばフィルターハウジング２０１の内部に投入されたさらなるリング２１７によって適所に固定されている。これに代えて、排出側基体ヘッド２１６は自由な状態のままとすることができる。この構造ではフィルターを逆流洗浄することができる。
【００２２】
再度図２を参照すると、濾過チャンバー２１３の中央には長尺なバルーンすなわち膨張可能部材２１２が取り付けられていることが分かる。このバルーンはチャンバー内で中央に配置されており、しかもチャンバーに沿って実質的に軸方向に延在しており、フィルターを通る流れの方向と実質的に平行に配置されている。第１のモード(図２に示す)ではバルーンは弛緩しており、したがってフィルターを通る流体の自由な流れに対する障害物とはほとんどあるいは全くなっていない。開口部３０２を経て流入する流体は、排出口を経て外に出るまで、繊維束間および個々の繊維同士の間の隙間２１４の間を実質的に邪魔されることなく通過する。このモードでは濾過はなされないが、ファンデルワールス効果が現れるであろう。
【００２３】
濾過を開始することが望まれる場合、バルーン２１２は、導入配管２１６に沿って供給される制御流体(液圧または空気圧)によって膨張させられる。あるいは、バルーンには、砂などのパウダーまたは粒子のような相当程度動き(急激な動きでもあるいはゆっくりとした動きでも)に抗する物質を充填することもできる。図示するように、管路はヘッド基体２０９を貫通してもよく、また、パイプは側方もしくは出口端部から差し込むことによってヘッド基体を回避できる(図示せず)。
【００２４】
図４の濾過モードでは、膨張させられたバルーンは、その周囲とハウジングの内周面との間の狭い環状範囲すなわち環状領域からなるピンチ(締め付け)ポイント４０３を形成するが、ここでは利用可能な流動面積は最小である。ピンチポイント４０３の位置は、このピンチポイントの流入セクション側の上流側セクション４０６と、排出側の下流側セクション４０７とを画定する。好ましくは、バルーンの形状は、それが膨張させられた状態にあるときには、チャンバーの中心長さ方向(縦方向)軸線４０８に関して実質的に対称となるようなものである。用途に応じて、上流側および下流側セクションは互いの鏡像であってもよい。あるいは、上流側セクションは、下流側セクションよりも、より急激に変化する環状領域をフィルターの長さに沿って形成していてもよく、あるいはそれが逆であってもよい(図示せず)。
【００２５】
いずれにしてもフィルターが濾過モードにあるとき、それを通過する流体は、ピンチポイント４０３までは徐々に減少する環状表面積と接触させられ、その後、徐々に増大する環状表面積と接触させられる。ピンチポイント以前の減少する表面積の漸変(次第に変化してゆく)特性は、膨張時にバルーン２１２が概ね卵形状をなすよう、このバルーン２１２を、その端部において硬く、そしてその中央において柔らかくすることによって増強される。
【００２６】
バルーンが膨張するとき、それは、取り囲んでいる繊維に半径方向の力を加え始め、繊維を互いに押し付けると共にフィルターハウジングの堅固な壁２０１に対して押し付ける。これによって、もちろん、繊維間の流路４０９のサイズは減少する。
【００２７】
繊維２１１が圧縮可能な素材からなる場合、繊維自体も変形し始め、これによって流体が通過できる流路４０９のサイズが、なお一層小さくなる。
【００２８】
いったんバルーンが所要の大きさまで膨張させられると、微細なパウダー４１５が開口部３０２を経てフィルター内に加えられる。パウダー４１５は好ましくは珪藻土であるが、いかなる適当な微細パウダー、たとえば破砕されたイガイの殻であってもよい。珪藻土はピンチポイント４０３近傍で繊維間に捕らえられ、そしてフィルターのこの領域における繊維間の小さなスペースを塞ぐ。このパウダーは、極々微細な粒子用のさらなるフィルターとして機能する。
【００２９】
フィルターのサイズに対して、相対的に極めて少量のパウダー４１５が、さらなる濾過作用をもたらすために必要なだけである。濾過される流体がその後フィルターを通過させられる。通常、流体は、さまざまなサイズの一つ以上の固形物質が混じった水あるいはその他の液体からなるであろう。だが、流体はガスまたは液体とガスの混合物を含むものであってもよい。水および粒子が上流側セクションを通過するとき、流路サイズが徐々に減少していくので粒子は繊維間に捕らえられるようになる。大き目の粒子４１０は比較的早期に捕らえられ、一方、微細な粒子４１１はピンチポイント４０３により近い地点で捕らえられることになる。極めて微細な粒子４１２はピンチポイントの直前でパウダー４１５によって捕らえられることになる。
【００３０】
上流側セクション内での繊維の押し付け力がテーパー状であってかつ漸進的に増大することにより、粗いフィルター基体(これは上流側セクションの上側部分によって形成される)内で捕らえられた大きな粒子４１０が滑り落ちるのが阻止される。大きな粒子４１０が滑り落ちるのは、もちろん好ましいことではないであろう。なぜなら、ピンチポイントに向って下方に移動するかもしれない大きな粒子および微細なパウダーが、テーパーの漸変特性を、したがって異なるサイズの粒子を体系的に分離して取り出すフィルターの能力を低下させる傾向があるからである。本発明の実施形態では、(ある実施形態では繊維の自然な弾力性と組み合わされた)テーパーの漸変特性およびパウダーの閉塞作用によって、各繊維は、それを取り囲む繊維によって堅固に保持されることが確実なものとなる。上流側セクション内の繊維は、「あちこちにはためくこと(flap around)」すなわち動くことができず、捕らえられた粒子も動くことができない。
【００３１】
通常、バルーンは、流体のみがピンチポイントを通過できるよう適当な大きさまで膨張させられることになる。だが、もちろん、ある用途では、極度に微細な粒子がフィルターを通過することは全く許容し得るであろうが、この場合にはバルーンを同程度まで膨張させる必要はないことを理解されたい。管２１６の液圧あるいは空気圧を変更することによって、所望のサイズよりも小さな粒子のみが通過できるようにフィルターを調整可能である。
【００３２】
濾過される流体が液体およびガスの両方を含む場合、流入チャンバー２１０内の気泡発生器(図示せず)を使用でき、これによって濾過される流体は、確実に、分離して取り出される粒子と共に、液体および気泡がよく混じり合った混合物となる。ある用途では、濾過処理の間に殺菌を行うためにガス状オゾンを導入するのが好都合であろう。ガスがフィルター内に導入される場合、気泡を微細な泡(すなわち特別に小さなサイズの泡から実現可能な最も小さいサイズの泡まで)へと破砕してもよい。これによって、ガスと濾過される流体との接触表面積をかなり増大させることができ、通気処理が著しく改善される。ユニット全体は通気処理を促進するために回転させることもできる。
【００３３】
図２ｂには僅かに異なる実施形態を示すが、このものでは、バルーン２１２は平坦な上側端部２９２および下側端部２９４を有する形状となっている。膨張させられた状態にあるバルーンの表面を２９１で示すが、点線２９０は濾過モードにあるバルーンの表面を示している。同図はまた、繊維束がヘッド基体２０９の開口部３０１を経て延在する様式をも示している。バルーンが膨張し、これらの束を押し付けるとき、繊維は外に向って広がり始め、その間の隙間を塞ぎ、最終的にハウジングとバルーンの周囲との間の環状スペース内に一様なフィルター基体を形成する。
【００３４】
図８にはフィルターの代替構造を示すが、ここではハウジング８０１は矩形である。繊維８１１はレール８２０から垂れ下がっており、濾過チャンバー８１３内に繊維カーテンを形成している。ハウジング８０１の前面壁および／または後面壁は回動可能に連結でき、さもなければ、繊維を押し付けるために繊維に向って内部に動かすことができる。バルーン８１２を、カーテンの内側から繊維の加圧を助けるために繊維カーテン内に配置でき、あるいは繊維カーテンの外側から繊維を加圧するために、バルーンをハウジング８０１の内壁に隣接して配置できる。
【００３５】
図６には、フィルターと共に使用されている状態にある微細パウダー４１５を示しているが、フィルター内には、フィルターハウジングの中心軸線に沿ってではなくハウジングの内壁に隣接して配置された一つ以上のバルーン６１２が存在する。この場合、バルーン６１２が図６に示すごとく膨張させられたとき、それは、ハウジングの内壁に対してではなく、バルーン６１２同士の間の束内で繊維を緊密に圧迫するよう、繊維２１１は中心軸線に沿って延在している。微細なパウダー６１５は、図４の実施形態におけるのと同じように、押し付けられた繊維間の小さな隙間を閉塞する。流体がフィルターを通過するとき大きな粒子４１０は繊維間の隙間に捕らえられることになり、一方、極めて小さな粒子６１３はパウダー６１５で捕らえられ、こうして流体から除去される。
【００３６】
フィルターが単一のバルーンを備えていても、あるいは複数のバルーンを備えていても、濾過が継続して行われるとき、さまざまなサイズの粒子は上流側セクション４０６内で捕らえられ、いわゆる「フィルターケーキ」を形成する。
【００３７】
ピンチポイント４０３を越えた下流側領域４０７においては、繊維は自然に再び広がる。繊維の存在と共に、濾過のために利用可能な領域が徐々に拡大することによって、スムーズでかつ直線的な流れが促進される。この領域が徐々に拡大することによって、より容易にベンチュリ効果が生じ、これによって流動がさらに促進される。
【００３８】
図９に示すさらなる実施形態においては、フィルターは、その中心軸線に沿って直列に配置された二つのバルーン９１２ａおよび９１２ｂを含む。繊維９１１は、バルーンが図９に示すように膨張させられた際に、このバルーンがハウジングの内壁に対して繊維を緊密に押し付けるようバルーンを取り囲んでいる。微細なパウダー９１５は、それがバルーン９１２ａの一つの押し付けられた繊維に捕らえられた状態となるようフィルターに加えられる。このようにして、バルーン９１２ａは微細なパウダー９１５を用いて小さな粒子を濾過して取り除くために使用でき、そしてバルーン９１２ｂは、たとえば粒子サイズとは関係のない特性を有する粒子のような別な種類の粒子を濾過して取り出すのに使用できる。バルーンはさまざまな程度の膨張状態まで膨らますことができる。直列に並んだバルーンの配置形態はまた、図６の実施形態(このものではバルーン６１２が繊維を取り囲んでいる)にも適用できることは当業者には明白であろう。
【００３９】
ある特定の用途では、所要の濾過特性は、バルーンの表面におよび／または円筒壁２０１の内面に、隆起部および／または窪み(図示せず)を設けることによって実現できる。
【００４０】
フィルターをしばらくの間稼働させたとき、かなりの量のフィルターケーキが微細なパウダーによって生じる。これは洗浄(フラッシング)によって除去できる。図５には、この洗浄処理を概略的に示す。
【００４１】
フィルターを洗浄するためには、バルーン２１２内の圧力を解放し、これによって繊維から押し付け(圧迫)力を取り除き、５０３で示すように繊維がぎっしりと密着していない自由な状態へと復帰することを可能にする。流路５０４のサイズが増大するので、繊維がフィルターケーキパウダーを捕らえる力は低下し、すすぎ媒体５０５によってケーキを押し流すことが可能となる。すすぎ媒体５０５はいかなる適切な洗浄液体またはガスであってもよく、例としては水、蒸気、あるいは(粒子を含む)濾過される媒体さえも挙げられる。すすぎ媒体５０５は、濾過される媒体が濾過モードで通過させられる方向と同じ方向にフィルターを通過させられ、すなわちフィルターは順方向に洗浄される。
【００４２】
適当なバルブ５０６および配管５０７を用いることができ、これによって洗浄媒体およびフィルターケーキが濾液を汚染しなくなる。上流側および／または下流側圧力センサー５０８,５０９を、フィルターがフィルターケーキによって過度に目詰まりしたかどうか、およびフラッシング処理を実施する必要があるかどうかを判定するのに使用できる。処理は完全に自動で実施可能であり、これによってフィルターを濾過モードで使える時間が最大になり、それゆえ処理量が増大する。
【００４３】
洗浄処理の一部として、ケーキを振り動かして、ほぐすのを助けるためにフィルターまたは繊維に超音波を加えることができる。さらに、フィルター内に真空を発生させるかあるいはそれに高温空気を通すような手段によって、放出前にフィルターケーキを乾燥させることが望ましいであろう。
【００４４】
図５を参照して先に説明した洗浄処理は常に順方向に実施されるが、図２ａの代替実施形態(このものでは繊維は両端で定着される)では、その代わりにあるいはそれに加えて逆流洗浄を利用できる(各場合においてバルーン圧力は解放されることも解放されないこともある)ことも、もちろん明白であろう。
【００４５】
本発明のフィルターは、濾過される量および／または用途に応じて自由に所望のとおりにサイズを変更可能である。ある好ましい形態では、フィルターはさまざまな異なるサイズで差し込み式モジュールとして製造することができる。
【００４６】
フィルターは、その長さ方向軸線が垂直となった状態で図示しているが、ある用途では当該軸線は水平に置かれることもあることは明らかであろう。フィルターを通過する流体は高圧または低圧で圧送可能であり、あるいはこれに代えて、もっぱら重力の作用によってフィルターを通過できるようにしてもよい。
【００４７】
当業者ならば、特定の用途に従って要求されるような、さまざまな異なるパラメーターを自由に調整できることを理解されたい。そうした調整可能なパラメーターとしては、圧力、温度、繊維サイズ、繊維長、繊維被覆、繊維上の荷、ハウジング内領域や繊維や流体の磁界強度、繊維を定着する様式、流動体積(フローボリューム)、フィルターハウジングの素材、供給物の種類、バルーンを膨張させる方法、バルーンのテーパー、洗浄物質の量および圧力、そして混合物へのガスの添加などが挙げられる。
【００４８】
本発明によるフィルターの使用から利益を得るであろう、多くの特定の用途が存在する。代表的用途としては次のものが挙げられる。
１．逆浸透のための濾過
２．プレキャストコンクリートのような工業プロセスに続くセメント、砂などの除去
３．凝固製品の分離
４．生物組織の分離
５．凝固血液などの分離
６．植物成分、たとえばオリーブオイル製品からの廃水の分離
７．技術的あるいは法的理由から必要な水の濁り度の大まかな低減
８．液体／水からのシルトの除去
９．バラスト水
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来型フィルターを通る長さ方向断面図である。
【図１ａ】濾過モードでの図１のフィルターを通る長さ方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図２ａ】本発明の第２実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図２ｂ】本発明の第３実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図３】各実施形態のヘッド基体の詳細平面図である。
【図４】濾過モードで図２のフィルターを示す長さ方向断面図である。
【図５】洗浄モードでの図２のフィルターの長さ方向断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図７】本発明の一態様による繊維アンカーの概略図である。
【図８ａ】代替フィルター構造に係る概略平面図である。
【図８ｂ】図８ａのフィルター構造の概略正面図である。
【図８ｃ】図８ａのフィルター構造の概略側面図である。
【図９】本発明の第４実施形態を通る長さ方向断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２００ フィルター
２０１ フィルターハウジング
２０２ 流入端部
２０３ 排出端部
２０４ 流入キャップ
２０５ 流入開口部
２０６ 流入パイプ
２０７ 連結手段
２０８ 内部固定リング
２０９ ヘッド基体
２１０ 流入チャンバー
２１１ 繊維
２１２ バルーン(膨張可能部材)
２１３ 濾過チャンバー
２１４ 隙間
２１５ 下側繊維端部
２１６ 排出側基体ヘッド
２１７ リング
２９０,２９１ バルーンの表面
２９２ 上側端部
２９４ 下側端部
３００ 取り外し可能なプレート
３０１ 開口部
３０２ 小開口部
３０３ 繊維の束
４０３ ピンチポイント
４０６ 上流側セクション
４０７ 下流側セクション
４０９ 流路
４１０ 大き目の粒子
４１１ 微細な粒子
４１２ 極めて微細な粒子
４１５ パウダー
５０４ 流路
５０５ すすぎ媒体
５０６ バルブ
５０７ 配管
５０８ 上流側圧力センサー
５０９ 下流側圧力センサー
６１２ バルーン
６１３ 極めて小さな粒子
６１５ パウダー
７１０ カラー
７１１ 繊維
７２０ 繊維の端部
８０１ ハウジング
８１１ 繊維
８１２ バルーン
８１３ 濾過チャンバー
８２０ レール
９１１ 繊維
９１２ａ,９１２ｂ バルーン
９１５ パウダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体フィルター、特に、これに限定されるわけではないが、水のような液体から固形物質を除去するための高圧・大量処理フィルターに関する。本発明はさらにフィルターを稼働させる方法にまで拡張される。
【背景技術】
【０００２】
媒体中に混入した物質を捕らえるために繊維を利用するフィルターが特許文献１および特許文献２に開示されている。同様の装置は特許文献３にも開示されている。
【０００３】
特許文献３の装置の作動原理を図１および図１ａに概略的に示す。フィルター１００は流入端部１０２と排出端部１０３とを備えたフィルターハウジング１０１を具備してなる。ハウジングの長さ方向に延在しているのは、サポート１０６によって適所に保持された複数の平行な繊維である。この繊維を取り囲んでいるのは、フレキシブルな耐水膜１０４である。
【０００４】
濾過中、膜１０４は図１ａに１０７で示すように加圧され、これによって内部ピンチポイント(pinch point)１０８に向って繊維を締め付ける。濾過される物質は矢印で示す方向にフィルターを通って押しやられる。このフィルターは、膜内の圧力解放および通常の濾過流とは逆向きの逆流洗浄によって水を押し流して掃除することができる。
【０００５】
このタイプのフィルターはある用途に関しては有用となり得るが、ますます小さなサイズの粒子を濾過して取り除くことが望まれている。この目的を達する一つの方策は、膜が加圧された際に隣接繊維間の隙間が減少するよう繊維をより細くすることであろう。この選択肢によって濾過レベルを向上させることができるが、その製造には費用がかかり、しかも困難を伴う。
【０００６】
さらに、より脆弱な繊維は、フィルター稼動中に容易に損傷を受ける。
【０００７】
フィルター媒体として珪藻土のような公知のパウダーを使用することが知られている。だが、このパウダーは非常に細かいものであるので、それは、パウダー粒子がまとまるように、大きな厚みのある濾過ベッド内で使用される。珪藻土は高い濾過性能をもたらすが、それを大規模に使用する場合には、輸送が困難であるという欠点を有し、輸送コストは禁止的に高いものとなる。さらに、濾過される媒体がいったん土類ベッドを通過してしまうと、この土類に捕らえられたままのフィルターケーキおよび土類自身は、フィルターを掃除するために、フィルターから掻き落とさなければならない。これは多くの時間を必要とし、しかもクリーニング処理が実施されている間はフィルターを稼働させることができないので効率が悪い。
【特許文献１】米国特許第5,470,470号明細書(US-A-5470470)
【特許文献２】米国特許第4,617,120号明細書(US-A-4617120)
【特許文献３】欧州特許第0280052号明細書(EP-A-0280052)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、こうしたフィルターの濾過レベルを向上させると同時に従来技術に関連する問題を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば流体を濾過するためのフィルターが提供され、このフィルターは、流入端部と排出端部とを有するフィルターハウジングと、このハウジングの長さ方向(縦方向)に延在する膨張可能部材と、ハウジングの長さ方向に延在すると共に流入端部において固定された複数の繊維と、流入端部内に導入可能な付加的フィルター媒体とを具備してなり、膨張可能部材が膨張させられたとき、流入端部と、押し付けられる繊維とハウジングの内面または膨張可能部材のいずれかとの間に形成されるピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体を形成するよう、繊維はハウジングに対してあるいは互いに押し付けられ、かつ、付加的フィルター媒体が流入端部内に導入されたとき、それは流体のさらなる濾過のためにピンチ領域で捕らえられるようになっている。
【００１０】
本発明の第２の態様によればフィルターを稼働させる方法が提供されるが、このフィルターは、第１の端部と第２の端部とを有するフィルターハウジングと、このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、ハウジングの長さ方向に延在すると共に第１の端部において固定された複数の繊維とを有するものであって、繊維がハウジングに対してあるいは互いに押し付けられるよう膨張可能部材を膨張させ、第１の端部と、押し付けられる繊維とハウジング内面または膨張可能部材のいずれかとの間のピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体を形成するステップと、付加的フィルター媒体を、それがピンチ領域において捕らえられるようフィルターの第１の端部に流入させるステップと、濾過される流体を第１の端部から第２の端部へと流動させるステップとを具備する。
【００１１】
上記付加的フィルター媒体は、たとえ、所与のサイズのフィルターに関して、使用される繊維の直径が従来型におけるそれよりも小さくないものである必要があっても、繊維間の隙間を閉塞し、従来型フィルターよりも優れた濾過性能をもたらす。付加的フィルター媒体は僅かな量しかフィルターに加える必要はないので、付加的フィルター媒体の使用に関するコストは、従来型フィルターの濾過ベッドでそれを使用するのに比べて著しく低減される。ゆえに濾過レベルは、従来型の高い濾過性能のフィルターに関連するコスト的不利益を伴わずに増強される。
【００１２】
本発明の好ましい特徴および実施形態は、従属請求項において言及されている。好ましくは、上記付加的フィルター媒体は微細なパウダーであり、しかもより好ましくは、それは珪藻土である。そうした媒体は、極めて微細な粒子を濾過する能力を有するという利点を有し、しかも本発明と共に使用することに関して比較的少量しか必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明はさまざまな様式で実施可能であるが、以下で、いくつかの具体的な実施形態について、図面を参照し、例証として説明する。
【００１４】
まず図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係るフィルター２００が図示されている。このフィルターは円筒形フィルターハウジング２００内に収容されており、そのサイズは、特定の流体圧力、流量あるいは必要容積に応じて選択可能である。これに代えて、ハウジングはその遠位端部に向ってその幅が狭まる(先細となる)ような形状とすることができる。たとえば、ある特定の用途では、このハウジングは３１５ｍｍの外径と、２９０ｍｍの内径とを有する。フィルターハウジングは、金属または適当なプラスチック素材のような好適な素材から形成できる。ハウジングは流入端部２０２および排出端部２０３を有し、それぞれ濾過される媒体をフィルターに流入させ、そしてフィルターから流出させることを可能とする。
【００１５】
流入端部は、複数の流入開口部２０５を有する流入キャップ２０４によって蓋がされている。開口部２０５のそれぞれは別個の流入パイプ２０６から供給を受けるが、これによって、もし必要ならば、さまざまな液体および／またはガスをフィルターに並列供給することが可能となる。適当な連結手段２０７が、流入パイプを、必要な圧力および流速でフィルターに液体および／またはガスを供給する、さらなる配管システム(図示せず)に対して連結するために設けられる。
【００１６】
ハウジング２０１の流入端部２０２に隣接して、内部固定リング２０８が配置(投入)されている。このリングは、その上にヘッド基体２０９が堅固に搭載されるリップを提供する。ヘッド基材２０９はメンテナンスおよび／または交換を容易にするために簡単に取り外すことが可能であることが好ましい(ただし必須ではない)。流入キャップ２０４とヘッド基体２０９との間のフィルターハウジングの容積が流入チャンバー２１０を画定し、このチャンバー２１０内で、入って来る液体および／またはガスが混ざり合うことができる。
【００１７】
ハウジングの排出端部２０３は図２に示すように開放状態のままとしておくことができ、あるいはこれに代えて、出口キャップおよび出口パイプ(図示せず)を設け、流体がフィルターを通過した後、出て行く流体を案内するようにしてもよい。
【００１８】
ここで図３を参照すると、ヘッド基体２０９は取り外し可能なプレート３００からなり、これは、繊維の束(その一つを３０３で示す)を受けるための、周縁に沿って離間した複数の開口部を有する適当な硬質材(たとえば金属またはプラスチック材)から形成される。繊維はヘッド基体に都合のよい手法で、たとえば中実塊が形成されるよう繊維端部の概ね３０ｍｍを溶融させて一つにし、続いて開口部３０１内にクロスストラット(図示せず)を用いて、この塊を固定することによって取り付け可能である。繊維束開口部３０１間にあってかつそれを取り囲んでいるのは複数の小開口部３０２であり、これはヘッド基体を経て流体が流入できるようにするためのものである。開口部はいずれの種類のものも、好ましくはヘッド基体の周縁に沿って等距離ポイントにおいて離間させられ、これによって、概ね均一な繊維分布ならびに繊維束間のおよびそれを通る概ね均一な流体の流れがもたらされるようになっている。これに代えて、繊維の溶融前に繊維の周りにカラー７１０を配置してもよい。図７に示すカラー７１０は、続いて、繊維端部７２０が溶融されて一つになる前に、束内で繊維７１１を保持するためにかしめられる。このカラーは、その後、ヘッド基体の開口部３０１内に挿入することができる。
【００１９】
ここで再度図２を参照すると、ヘッド基体の下方の濾過チャンバー２１３内では、束３０１の個々の繊維２１１が、ハウジング２０１の周面に沿って、かなり均一な繊維カーテンを形成するよう広がっていることが分かる。繊維は濾過チャンバー２１３の長さに沿って実質的に軸線方向に延在しており、しかもチャンバーを通過する流れの方向と実質的に平行に配置されている。この実施形態では、繊維の端部は全く固定されておらず、単にだらりと垂れ下がっているだけである。
【００２０】
繊維２１１は、用途に応じて、適当な寸法を有しかつ適当な素材からなるものとすることができる。ある例では、繊維は、０.１５ｍｍないし０.５ｍｍの直径を有する、ポリマーすなわちナイロンあるいは炭素繊維あるいは金属からなるものとすることができる。繊維は中実であっても中空であってもよく、しかも円形、矩形あるいはその他の断面を有するものであってもよい。ある用途では、繊維が少なくとも部分的に、繊維長に沿ってあるいはそれを横切る方向に弾力性を有することが有利であろう。そうした繊維に関しては、所望の形状復元特性もまた求められる用途に応じて選択可能である。繊維は滑らかなあるいはざらざらした表面を有していてもよく、しかも必要とあれば被覆することもできる。テフロン(登録商標)および亜鉛のような繊維被覆が適切であろう。それはまた、望むならば帯電させてもよい。繊維の帯電は電離を促進することになるが、これはある用途では重要になるであろう。さらに、流体、繊維、ハウジング内領域あるいはそれらの組み合わせを磁化することも望ましいであろう。
【００２１】
図２ａに示す代替実施形態では、繊維２１１は、自由な状態のままとされるのではなく、排出端部２０３において固定されてもよい。この実施形態では、下側繊維端部２１５は、繊維束を固定するための開口部(図示せず)ならびに濾液流出用のさらなる開口部(やはり図示せず)を有する排出側基体ヘッド２１６に固定されている。排出側基体ヘッド２１６は、何らかの適当な手法で、たとえばフィルターハウジング２０１の内部に投入されたさらなるリング２１７によって適所に固定されている。これに代えて、排出側基体ヘッド２１６は自由な状態のままとすることができる。この構造ではフィルターを逆流洗浄することができる。
【００２２】
再度図２を参照すると、濾過チャンバー２１３の中央には長尺なバルーンすなわち膨張可能部材２１２が取り付けられていることが分かる。このバルーンはチャンバー内で中央に配置されており、しかもチャンバーに沿って実質的に軸方向に延在しており、フィルターを通る流れの方向と実質的に平行に配置されている。第１のモード(図２に示す)ではバルーンは弛緩しており、したがってフィルターを通る流体の自由な流れに対する障害物とはほとんどあるいは全くなっていない。開口部３０２を経て流入する流体は、排出口を経て外に出るまで、繊維束間および個々の繊維同士の間の隙間２１４の間を実質的に邪魔されることなく通過する。このモードでは濾過はなされないが、ファンデルワールス効果が現れるであろう。
【００２３】
濾過を開始することが望まれる場合、バルーン２１２は、導入配管２１６に沿って供給される制御流体(液圧または空気圧)によって膨張させられる。あるいは、バルーンには、砂などのパウダーまたは粒子のような相当程度動き(急激な動きでもあるいはゆっくりとした動きでも)に抗する物質を充填することもできる。図示するように、管路はヘッド基体２０９を貫通してもよく、また、パイプは側方もしくは出口端部から差し込むことによってヘッド基体を回避できる(図示せず)。
【００２４】
図４の濾過モードでは、膨張させられたバルーンは、その周囲とハウジングの内周面との間の狭い環状範囲すなわち環状領域からなるピンチ(締め付け)ポイント４０３を形成するが、ここでは利用可能な流動面積は最小である。ピンチポイント４０３の位置は、このピンチポイントの流入セクション側の上流側セクション４０６と、排出側の下流側セクション４０７とを画定する。好ましくは、バルーンの形状は、それが膨張させられた状態にあるときには、チャンバーの中心長さ方向(縦方向)軸線４０８に関して実質的に対称となるようなものである。用途に応じて、上流側および下流側セクションは互いの鏡像であってもよい。あるいは、上流側セクションは、下流側セクションよりも、より急激に変化する環状領域をフィルターの長さに沿って形成していてもよく、あるいはそれが逆であってもよい(図示せず)。
【００２５】
いずれにしてもフィルターが濾過モードにあるとき、それを通過する流体は、ピンチポイント４０３までは徐々に減少する環状表面積と接触させられ、その後、徐々に増大する環状表面積と接触させられる。ピンチポイント以前の減少する表面積の漸変(次第に変化してゆく)特性は、膨張時にバルーン２１２が概ね卵形状をなすよう、このバルーン２１２を、その端部において硬く、そしてその中央において柔らかくすることによって増強される。
【００２６】
バルーンが膨張するとき、それは、取り囲んでいる繊維に半径方向の力を加え始め、繊維を互いに押し付けると共にフィルターハウジングの堅固な壁２０１に対して押し付ける。これによって、もちろん、繊維間の流路４０９のサイズは減少する。
【００２７】
繊維２１１が圧縮可能な素材からなる場合、繊維自体も変形し始め、これによって流体が通過できる流路４０９のサイズが、なお一層小さくなる。
【００２８】
いったんバルーンが所要の大きさまで膨張させられると、微細なパウダー４１５が開口部３０２を経てフィルター内に加えられる。パウダー４１５は好ましくは珪藻土であるが、いかなる適当な微細パウダー、たとえば破砕されたイガイの殻であってもよい。珪藻土はピンチポイント４０３近傍で繊維間に捕らえられ、そしてフィルターのこの領域における繊維間の小さなスペースを塞ぐ。このパウダーは、極々微細な粒子用のさらなるフィルターとして機能する。
【００２９】
フィルターのサイズに対して、相対的に極めて少量のパウダー４１５が、さらなる濾過作用をもたらすために必要なだけである。濾過される流体がその後フィルターを通過させられる。通常、流体は、さまざまなサイズの一つ以上の固形物質が混じった水あるいはその他の液体からなるであろう。だが、流体はガスまたは液体とガスの混合物を含むものであってもよい。水および粒子が上流側セクションを通過するとき、流路サイズが徐々に減少していくので粒子は繊維間に捕らえられるようになる。大き目の粒子４１０は比較的早期に捕らえられ、一方、微細な粒子４１１はピンチポイント４０３により近い地点で捕らえられることになる。極めて微細な粒子４１２はピンチポイントの直前でパウダー４１５によって捕らえられることになる。
【００３０】
上流側セクション内での繊維の押し付け力がテーパー状であってかつ漸進的に増大することにより、粗いフィルター基体(これは上流側セクションの上側部分によって形成される)内で捕らえられた大きな粒子４１０が滑り落ちるのが阻止される。大きな粒子４１０が滑り落ちるのは、もちろん好ましいことではないであろう。なぜなら、ピンチポイントに向って下方に移動するかもしれない大きな粒子および微細なパウダーが、テーパーの漸変特性を、したがって異なるサイズの粒子を体系的に分離して取り出すフィルターの能力を低下させる傾向があるからである。本発明の実施形態では、(ある実施形態では繊維の自然な弾力性と組み合わされた)テーパーの漸変特性およびパウダーの閉塞作用によって、各繊維は、それを取り囲む繊維によって堅固に保持されることが確実なものとなる。上流側セクション内の繊維は、「あちこちにはためくこと(flap around)」すなわち動くことができず、捕らえられた粒子も動くことができない。
【００３１】
通常、バルーンは、流体のみがピンチポイントを通過できるよう適当な大きさまで膨張させられることになる。だが、もちろん、ある用途では、極度に微細な粒子がフィルターを通過することは全く許容し得るであろうが、この場合にはバルーンを同程度まで膨張させる必要はないことを理解されたい。管２１６の液圧あるいは空気圧を変更することによって、所望のサイズよりも小さな粒子のみが通過できるようにフィルターを調整可能である。
【００３２】
濾過される流体が液体およびガスの両方を含む場合、流入チャンバー２１０内の気泡発生器(図示せず)を使用でき、これによって濾過される流体は、確実に、分離して取り出される粒子と共に、液体および気泡がよく混じり合った混合物となる。ある用途では、濾過処理の間に殺菌を行うためにガス状オゾンを導入するのが好都合であろう。ガスがフィルター内に導入される場合、気泡を微細な泡(すなわち特別に小さなサイズの泡から実現可能な最も小さいサイズの泡まで)へと破砕してもよい。これによって、ガスと濾過される流体との接触表面積をかなり増大させることができ、通気処理が著しく改善される。ユニット全体は通気処理を促進するために回転させることもできる。
【００３３】
図２ｂには僅かに異なる実施形態を示すが、このものでは、バルーン２１２は平坦な上側端部２９２および下側端部２９４を有する形状となっている。膨張させられた状態にあるバルーンの表面を２９１で示すが、点線２９０は濾過モードにあるバルーンの表面を示している。同図はまた、繊維束がヘッド基体２０９の開口部３０１を経て延在する様式をも示している。バルーンが膨張し、これらの束を押し付けるとき、繊維は外に向って広がり始め、その間の隙間を塞ぎ、最終的にハウジングとバルーンの周囲との間の環状スペース内に一様なフィルター基体を形成する。
【００３４】
図８にはフィルターの代替構造を示すが、ここではハウジング８０１は矩形である。繊維８１１はレール８２０から垂れ下がっており、濾過チャンバー８１３内に繊維カーテンを形成している。ハウジング８０１の前面壁および／または後面壁は回動可能に連結でき、さもなければ、繊維を押し付けるために繊維に向って内部に動かすことができる。バルーン８１２を、カーテンの内側から繊維の加圧を助けるために繊維カーテン内に配置でき、あるいは繊維カーテンの外側から繊維を加圧するために、バルーンをハウジング８０１の内壁に隣接して配置できる。
【００３５】
図６には、フィルターと共に使用されている状態にある微細パウダー４１５を示しているが、フィルター内には、フィルターハウジングの中心軸線に沿ってではなくハウジングの内壁に隣接して配置された一つ以上のバルーン６１２が存在する。この場合、バルーン６１２が図６に示すごとく膨張させられたとき、それは、ハウジングの内壁に対してではなく、バルーン６１２同士の間の束内で繊維を緊密に圧迫するよう、繊維２１１は中心軸線に沿って延在している。微細なパウダー６１５は、図４の実施形態におけるのと同じように、押し付けられた繊維間の小さな隙間を閉塞する。流体がフィルターを通過するとき大きな粒子４１０は繊維間の隙間に捕らえられることになり、一方、極めて小さな粒子６１３はパウダー６１５で捕らえられ、こうして流体から除去される。
【００３６】
フィルターが単一のバルーンを備えていても、あるいは複数のバルーンを備えていても、濾過が継続して行われるとき、さまざまなサイズの粒子は上流側セクション４０６内で捕らえられ、いわゆる「フィルターケーキ」を形成する。
【００３７】
ピンチポイント４０３を越えた下流側領域４０７においては、繊維は自然に再び広がる。繊維の存在と共に、濾過のために利用可能な領域が徐々に拡大することによって、スムーズでかつ直線的な流れが促進される。この領域が徐々に拡大することによって、より容易にベンチュリ効果が生じ、これによって流動がさらに促進される。
【００３８】
図９に示すさらなる実施形態においては、フィルターは、その中心軸線に沿って直列に配置された二つのバルーン９１２ａおよび９１２ｂを含む。繊維９１１は、バルーンが図９に示すように膨張させられた際に、このバルーンがハウジングの内壁に対して繊維を緊密に押し付けるようバルーンを取り囲んでいる。微細なパウダー９１５は、それがバルーン９１２ａの一つの押し付けられた繊維に捕らえられた状態となるようフィルターに加えられる。このようにして、バルーン９１２ａは微細なパウダー９１５を用いて小さな粒子を濾過して取り除くために使用でき、そしてバルーン９１２ｂは、たとえば粒子サイズとは関係のない特性を有する粒子のような別な種類の粒子を濾過して取り出すのに使用できる。バルーンはさまざまな程度の膨張状態まで膨らますことができる。直列に並んだバルーンの配置形態はまた、図６の実施形態(このものではバルーン６１２が繊維を取り囲んでいる)にも適用できることは当業者には明白であろう。
【００３９】
ある特定の用途では、所要の濾過特性は、バルーンの表面におよび／または円筒壁２０１の内面に、隆起部および／または窪み(図示せず)を設けることによって実現できる。
【００４０】
フィルターをしばらくの間稼働させたとき、かなりの量のフィルターケーキが微細なパウダーによって生じる。これは洗浄(フラッシング)によって除去できる。図５には、この洗浄処理を概略的に示す。
【００４１】
フィルターを洗浄するためには、バルーン２１２内の圧力を解放し、これによって繊維から押し付け(圧迫)力を取り除き、５０３で示すように繊維がぎっしりと密着していない自由な状態へと復帰することを可能にする。流路５０４のサイズが増大するので、繊維がフィルターケーキパウダーを捕らえる力は低下し、すすぎ媒体５０５によってケーキを押し流すことが可能となる。すすぎ媒体５０５はいかなる適切な洗浄液体またはガスであってもよく、例としては水、蒸気、あるいは(粒子を含む)濾過される媒体さえも挙げられる。すすぎ媒体５０５は、濾過される媒体が濾過モードで通過させられる方向と同じ方向にフィルターを通過させられ、すなわちフィルターは順方向に洗浄される。
【００４２】
適当なバルブ５０６および配管５０７を用いることができ、これによって洗浄媒体およびフィルターケーキが濾液を汚染しなくなる。上流側および／または下流側圧力センサー５０８,５０９を、フィルターがフィルターケーキによって過度に目詰まりしたかどうか、およびフラッシング処理を実施する必要があるかどうかを判定するのに使用できる。処理は完全に自動で実施可能であり、これによってフィルターを濾過モードで使える時間が最大になり、それゆえ処理量が増大する。
【００４３】
洗浄処理の一部として、ケーキを振り動かして、ほぐすのを助けるためにフィルターまたは繊維に超音波を加えることができる。さらに、フィルター内に真空を発生させるかあるいはそれに高温空気を通すような手段によって、放出前にフィルターケーキを乾燥させることが望ましいであろう。
【００４４】
図５を参照して先に説明した洗浄処理は常に順方向に実施されるが、図２ａの代替実施形態(このものでは繊維は両端で定着される)では、その代わりにあるいはそれに加えて逆流洗浄を利用できる(各場合においてバルーン圧力は解放されることも解放されないこともある)ことも、もちろん明白であろう。
【００４５】
本発明のフィルターは、濾過される量および／または用途に応じて自由に所望のとおりにサイズを変更可能である。ある好ましい形態では、フィルターはさまざまな異なるサイズで差し込み式モジュールとして製造することができる。
【００４６】
フィルターは、その長さ方向軸線が垂直となった状態で図示しているが、ある用途では当該軸線は水平に置かれることもあることは明らかであろう。フィルターを通過する流体は高圧または低圧で圧送可能であり、あるいはこれに代えて、もっぱら重力の作用によってフィルターを通過できるようにしてもよい。
【００４７】
当業者ならば、特定の用途に従って要求されるような、さまざまな異なるパラメーターを自由に調整できることを理解されたい。そうした調整可能なパラメーターとしては、圧力、温度、繊維サイズ、繊維長、繊維被覆、繊維上の荷、ハウジング内領域や繊維や流体の磁界強度、繊維を定着する様式、流動体積(フローボリューム)、フィルターハウジングの素材、供給物の種類、バルーンを膨張させる方法、バルーンのテーパー、洗浄物質の量および圧力、そして混合物へのガスの添加などが挙げられる。
【００４８】
本発明によるフィルターの使用から利益を得るであろう、多くの特定の用途が存在する。代表的用途としては次のものが挙げられる。
１．逆浸透のための濾過
２．プレキャストコンクリートのような工業プロセスに続くセメント、砂などの除去
３．凝固製品の分離
４．生物組織の分離
５．凝固血液などの分離
６．植物成分、たとえばオリーブオイル製品からの廃水の分離
７．技術的あるいは法的理由から必要な水の濁り度の大まかな低減
８．液体／水からのシルトの除去
９．バラスト水
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来型フィルターを通る長さ方向断面図である。
【図１ａ】濾過モードでの図１のフィルターを通る長さ方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図２ａ】本発明の第２実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図２ｂ】本発明の第３実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図３】各実施形態のヘッド基体の詳細平面図である。
【図４】濾過モードで図２のフィルターを示す長さ方向断面図である。
【図５】洗浄モードでの図２のフィルターの長さ方向断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態を通る長さ方向断面図である。
【図７】本発明の一態様による繊維アンカーの概略図である。
【図８ａ】代替フィルター構造に係る概略平面図である。
【図８ｂ】図８ａのフィルター構造の概略正面図である。
【図８ｃ】図８ａのフィルター構造の概略側面図である。
【図９】本発明の第４実施形態を通る長さ方向断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２００ フィルター
２０１ フィルターハウジング
２０２ 流入端部
２０３ 排出端部
２０４ 流入キャップ
２０５ 流入開口部
２０６ 流入パイプ
２０７ 連結手段
２０８ 内部固定リング
２０９ ヘッド基体
２１０ 流入チャンバー
２１１ 繊維
２１２ バルーン(膨張可能部材)
２１３ 濾過チャンバー
２１４ 隙間
２１５ 下側繊維端部
２１６ 排出側基体ヘッド
２１７ リング
２９０,２９１ バルーンの表面
２９２ 上側端部
２９４ 下側端部
３００ 取り外し可能なプレート
３０１ 開口部
３０２ 小開口部
３０３ 繊維の束
４０３ ピンチポイント
４０６ 上流側セクション
４０７ 下流側セクション
４０９ 流路
４１０ 大き目の粒子
４１１ 微細な粒子
４１２ 極めて微細な粒子
４１５ パウダー
５０４ 流路
５０５ すすぎ媒体
５０６ バルブ
５０７ 配管
５０８ 上流側圧力センサー
５０９ 下流側圧力センサー
６１２ バルーン
６１３ 極めて小さな粒子
６１５ パウダー
７１０ カラー
７１１ 繊維
７２０ 繊維の端部
８０１ ハウジング
８１１ 繊維
８１２ バルーン
８１３ 濾過チャンバー
８２０ レール
９１１ 繊維
９１２ａ,９１２ｂ バルーン
９１５ パウダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を濾過するためのフィルターであって、
流入端部と排出端部とを有するフィルターハウジングと、
このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、
前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記流入端部において固定された複数の繊維と、
前記流入端部内に導入可能な付加的フィルター媒体と、を具備してなり、
前記膨張可能部材が膨張させられたとき、前記流入端部と、押し付けられた繊維と前記ハウジングの内面または前記膨張可能部材のいずれかとの間に形成されるピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体が形成されるよう、前記繊維は前記ハウジングに対してあるいは互いに押し付けられ、かつ、前記付加的フィルター媒体が前記流入端部内に導入されたとき、それは流体のさらなる濾過のために前記ピンチ領域で捕らえられるようになっていることを特徴とするフィルター。
【請求項２】
前記付加的フィルター媒体は微細パウダーであることを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記パウダーは珪藻土であることを特徴とする請求項２に記載のフィルター。
【請求項４】
前記膨張可能部材は、相対的にフレキシブルな中央セクションと、相対的に硬質な遠位端部とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項５】
前記フィルターハウジングの幅は、前記ハウジングの前記遠位端部に向って先細となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項６】
前記膨張可能部材の表面または前記ハウジングの内面には、窪みまたは隆起部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項７】
前記膨張可能部材は、前記繊維がこの膨張可能部材を取り囲んだ状態で、前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項８】
前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って直列に配置された、少なくとも二つの膨張可能部材を具備してなることを特徴とする請求項７に記載のフィルター。
【請求項９】
前記繊維は、前記膨張可能部材が前記ハウジングの前記内壁に沿って延在した状態で、前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１０】
膨張させられたとき、その間で前記繊維を押し付けるよう配置された少なくとも二つの膨張可能部材を具備してなることを特徴とする請求項９に記載のフィルター。
【請求項１１】
少なくとも二つの膨張可能部材が、前記ハウジングの前記内壁に沿って一列に延在するよう配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１２】
前記繊維は、ヘッド基体(３００)によって、前記流入端部(２０２)において固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１３】
前記ヘッド基体は、濾過される流体を流入させるための開口部(３０２)を有するプレートを具備してなることを特徴とする請求項１１に記載のフィルター。
【請求項１４】
前記ヘッド基体は、前記繊維(２１１)がその内部に固定される開口部(３０１)をそれ自体に有するプレートを具備してなることを特徴とする請求項１２に記載のフィルター。
【請求項１５】
繊維の別個の束(３０３)は各開口部(３０１)を用いて固定されていることを特徴とする請求項１４に記載のフィルター。
【請求項１６】
前記繊維は束(３０３)の中で固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１７】
前記流入端部(２０２)から前記排出端部(２０４)に至る方向にフィルターを洗浄するための洗浄手段を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１８】
洗浄が必要であるかどうかを判定するための検出手段(５０８,５０９)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１９】
洗浄流体を濾液から分離するためのバルブ(５０６)を具備してなることを特徴とする請求項１８に記載のフィルター。
【請求項２０】
前記繊維は弾力性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２１】
前記繊維はその長さ方向と直交する方向に圧縮可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２２】
前記繊維は帯電させられていることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２３】
前記繊維は磁化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２４】
前記ハウジングの領域は磁化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２５】
第１の端部と第２の端部とを有するフィルターハウジングと、
このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、
前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記第１の端部において固定された複数の繊維と、を有するフィルターを稼働させるための方法であって、
前記繊維が前記ハウジングに対してあるいは互いに押し付けられるよう前記膨張可能部材を膨張させて、前記第１の端部と、前記押し付けられた繊維と前記ハウジングの内面または前記膨張可能部材のいずれかとの間のピンチ領域と、の間に、漸変フィルター基体を形成するステップと、
付加的フィルター媒体を、それが前記ピンチ領域において捕らえられるように、前記フィルターの前記第１の端部に流入させるステップと、
濾過される流体を前記第１の端部から前記第２の端部へと流動させるステップと、を具備することを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記付加的フィルター媒体はパウダーを具備してなることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記パウダーは珪藻土であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記膨張可能部材の圧力を解放すると共に、前記第１の端部から前記第２の端部へと洗浄流体を通過させることによって、前記フィルターを洗浄するステップを含むことを特徴とする請求項２５ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記洗浄流体は、濾過された種類の流体からなるかあるいはこの流体を含むものであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１ないし請求項２４のいずれか１項に記載のフィルターを稼働させるための方法。
【請求項３１】
実質的に図面を用いて説明されかつ図面に示されたようなフィルター。
【請求項３２】
実質的に図面を用いて説明されかつ図面に示されたような方法。
【請求項１】
流体を濾過するためのフィルターであって、
流入端部と排出端部とを有するフィルターハウジングと、
このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、
前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記流入端部において固定された複数の繊維と、
前記流入端部内に導入可能な付加的フィルター媒体と、を具備してなり、
前記膨張可能部材が膨張させられたとき、前記流入端部と、押し付けられた繊維と前記ハウジングの内面または前記膨張可能部材のいずれかとの間に形成されるピンチ領域と、の間に漸変フィルター基体が形成されるよう、前記繊維は前記ハウジングに対してあるいは互いに押し付けられ、かつ、前記付加的フィルター媒体が前記流入端部内に導入されたとき、それは流体のさらなる濾過のために前記ピンチ領域で捕らえられるようになっていることを特徴とするフィルター。
【請求項２】
前記付加的フィルター媒体は微細パウダーであることを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記パウダーは珪藻土であることを特徴とする請求項２に記載のフィルター。
【請求項４】
前記膨張可能部材は、相対的にフレキシブルな中央セクションと、相対的に硬質な遠位端部とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項５】
前記フィルターハウジングの幅は、前記ハウジングの前記遠位端部に向って先細となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項６】
前記膨張可能部材の表面または前記ハウジングの内面には、窪みまたは隆起部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項７】
前記膨張可能部材は、前記繊維がこの膨張可能部材を取り囲んだ状態で、前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項８】
前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って直列に配置された、少なくとも二つの膨張可能部材を具備してなることを特徴とする請求項７に記載のフィルター。
【請求項９】
前記繊維は、前記膨張可能部材が前記ハウジングの前記内壁に沿って延在した状態で、前記フィルターハウジングの中心軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１０】
膨張させられたとき、その間で前記繊維を押し付けるよう配置された少なくとも二つの膨張可能部材を具備してなることを特徴とする請求項９に記載のフィルター。
【請求項１１】
少なくとも二つの膨張可能部材が、前記ハウジングの前記内壁に沿って一列に延在するよう配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１２】
前記繊維は、ヘッド基体(３００)によって、前記流入端部(２０２)において固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１３】
前記ヘッド基体は、濾過される流体を流入させるための開口部(３０２)を有するプレートを具備してなることを特徴とする請求項１１に記載のフィルター。
【請求項１４】
前記ヘッド基体は、前記繊維(２１１)がその内部に固定される開口部(３０１)をそれ自体に有するプレートを具備してなることを特徴とする請求項１２に記載のフィルター。
【請求項１５】
繊維の別個の束(３０３)は各開口部(３０１)を用いて固定されていることを特徴とする請求項１４に記載のフィルター。
【請求項１６】
前記繊維は束(３０３)の中で固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１７】
前記流入端部(２０２)から前記排出端部(２０４)に至る方向にフィルターを洗浄するための洗浄手段を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１８】
洗浄が必要であるかどうかを判定するための検出手段(５０８,５０９)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項１９】
洗浄流体を濾液から分離するためのバルブ(５０６)を具備してなることを特徴とする請求項１８に記載のフィルター。
【請求項２０】
前記繊維は弾力性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２１】
前記繊維はその長さ方向と直交する方向に圧縮可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２２】
前記繊維は帯電させられていることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２３】
前記繊維は磁化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２４】
前記ハウジングの領域は磁化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項２５】
第１の端部と第２の端部とを有するフィルターハウジングと、
このハウジングの長さ方向に延在する膨張可能部材と、
前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記第１の端部において固定された複数の繊維と、を有するフィルターを稼働させるための方法であって、
前記繊維が前記ハウジングに対してあるいは互いに押し付けられるよう前記膨張可能部材を膨張させて、前記第１の端部と、前記押し付けられた繊維と前記ハウジングの内面または前記膨張可能部材のいずれかとの間のピンチ領域と、の間に、漸変フィルター基体を形成するステップと、
付加的フィルター媒体を、それが前記ピンチ領域において捕らえられるように、前記フィルターの前記第１の端部に流入させるステップと、
濾過される流体を前記第１の端部から前記第２の端部へと流動させるステップと、を具備することを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記付加的フィルター媒体はパウダーを具備してなることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記パウダーは珪藻土であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記膨張可能部材の圧力を解放すると共に、前記第１の端部から前記第２の端部へと洗浄流体を通過させることによって、前記フィルターを洗浄するステップを含むことを特徴とする請求項２５ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記洗浄流体は、濾過された種類の流体からなるかあるいはこの流体を含むものであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１ないし請求項２４のいずれか１項に記載のフィルターを稼働させるための方法。
【請求項３１】
実質的に図面を用いて説明されかつ図面に示されたようなフィルター。
【請求項３２】
実質的に図面を用いて説明されかつ図面に示されたような方法。
【図１】
【図１ａ】
【図２】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１ａ】
【図２】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５３７８５３（Ｐ２００７−５３７８５３Ａ）
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１７４２９（Ｐ２００７−５１７４２９）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００２００１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１３１１０
【国際公開日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５０６３８５１６２）ウォーター・メイドゥン・リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００２００１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１３１１０
【国際公開日】平成１７年１２月１日（２００５．１２．１）
【出願人】（５０６３８５１６２）ウォーター・メイドゥン・リミテッド (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]