JP4460609B2 - 固体粒子が分散した液体からの固体粒子の分離 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、固体粒子が分散した液体からの固体粒子の分離に関する。

発明の背景

水（または他の任意の液体）から大きさ数ミクロンの微細な固体粒子を取り除くために半透過性材料を用いることは一般的である。用いられる材料は、水分子が浸透できるが、その微細孔は、固体粒子が通ることを阻止するためには十分に小さい。この材料は、それらの微細孔のサイズに応じて精密ろ過または限外ろ過を行う。

従来、この種の材料に基づいたフィルタは、細長いコアパイプを備え、このコアパイプは、その長手方向に沿って孔の列を有する。開いた一側縁を有し、その他の部分ではシールされたポケットの形態の、半透過性材料からなる細長いリーフ（leaf：板状体）が、それらの開いた縁部が孔の列と連通した状態でパイプに取り付けられている。ポケット間およびポケット内には、網目状のスペーサがある。シールされたポケットはパイプの周りに密に巻かれ、巻かれたユニットは細長い外部ハウジングの中に差し込まれる。

固体粒子が混入した水は、ケーシング内を流れる際、リーフの間で境界となっている固体捕捉通路に入り、その固体捕捉通路内にはポケット間スペーサがある。水は、半透過性材料を通ってポケット内に入り、そこからポケットの開いた縁部および孔の列を通ってパイプ内へと透過するが、固体は透過しない。

ある期間使用した後、フィルタは目詰まりするか、少なくとも流量がフィルタを洗浄することが必要な程度まで減少する。洗浄は、ケーシングからの排水出口を制御する弁を開き、加圧フラッシング水をケーシング内に供給して、ケーシング内の水および固体粒子をケーシングの外へ排水出口を通して押し流すことによって、実現される。

本発明の目的は、フィルタユニットを操作する改善された方法と、改善されたフィルタ装置と、フィルタユニットを製作する改善された方法とを提供することである。

発明の簡単な説明

本発明の一態様によると、透過性パイプと、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフとを備えるメンブレンを含む直立型フィルタユニットを操作する方法が提供され、この方法は、フィルタユニットの下端部に未処理給水を供給するステップと、フィルタユニットの下端部から透過水を抽出するステップと、加圧気体の供給源への恒久的な結合を用いてフィルタユニットの上端部内で大気圧以上の圧力を保持するステップとを含む。

気体は、節約のために、通常は空気であるが、他の気体を用いることができる。

メンブレンを洗浄するために、この操作方法は、未処理水の流れを終了させるステップと、フィルタユニットの下端部と連通する排水流出管路を開くステップと、水、気体および固体粒子がフィルタユニットから排水流出管路を通って流れるようにフィルタユニットの上端部への気体の供給源を保持しながらフィルタユニットの上端部へのフラッシング水（flushing water）の流れを生じさせるステップとを含む。

フィルタユニットのフラッシングの間、圧力を一定の値で保持させてもよく、または脈動させてもよい。

本発明はまた、垂直型のフィルタユニットを備える装置を提供するものである。このフィルタユニットは、垂直の透過性パイプ、および、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフを備えるメンブレンと、フィルタユニットの下端部にある未処理給水用の入口と、フィルタユニットの下端部にある透過水用の出口と、未処理水の供給源を閉じるための弁手段と、フィルタユニットの上端部にある入口と、フィルタユニットが混入した固体と液体を分離する働きをする間、フィルタユニットの上端部にある入口に恒久的に連結される加圧気体の供給源と、フィルタユニットの上端部にある入口に通じるフラッシング水送りパイプと、前記フラッシング水送りパイプを通常閉じるための弁手段であり、洗浄が行われるべきときに前記フラッシング水送りパイプを加圧フラッシング水の供給源に連結するために開かれる弁手段と、フラッシング水および固体粒子がユニットから通って出て行く、ユニットの下端部にある排水出口とを有する。

本発明の別の様態によると、透過性パイプ、および、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフを備え、かつ、エンドキャップを各端部に有するメンブレンと、メンブレンおよびキャップの周りに樹脂被覆された繊維を巻くことによってそのままの位置で形成されるケーシングとからなる、液体と固体を分離するフィルタユニットが提供される。

本発明の別の様態によると、透過性パイプ、および、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフを備えるメンブレンであり、かつ、エンドキャップを各端部に有する前記メンブレンからなる組立体を回転させるステップと、樹脂被覆された繊維をこの組立体の周りに巻き、それによってメンブレンおよびエンドキャップと一体化したケーシングを作るステップとを含む、フィルタユニットを製作する方法が提供される。

繊維は、ガラス繊維状であることが好ましいが、炭素繊維およびカブラー（Ｋｅｖｌａｒ）繊維等の他の繊維が用いられてもよい。

本発明をよりよく理解するために、また本発明を実行に移すことのできる方法を示すために、以下、例として添付図面を参照する。

図面に沿っての詳細な説明

図１および図２で示すフィルタユニット１０は、孔が設けられた垂直の細長いコアパイプ１２を備え、このコアパイプ１２の周りに細長いリーフ１４が巻かれている（図２参照）。各リーフ１４は、シールされたポケットの形態であり、半透過性材料を用いて作られ、この材料は、水が通ることは可能であるが、固体粒子が通ることは不可能になっている。各ポケットの内側縁部は開いており、この縁部はパイプ１２に取り付けられている。ポケットは、パイプ１２の多数の孔を通ってパイプ１２の内部と連通している。パイプ１２およびリーフ１４の構造は、従来のものである。当技術分野の従来の用語によると、パイプ（１２で示す）および透過性リーフ（１４で示す）を備える構造は、「メンブレン（membrane）」と呼ばれる。このメンブレンは１６で示す。

フィルタユニットは、図１で示すように、その下端部にエンドキャップ１８をさらに有する。エンドキャップ１８は、チューブ２２を受ける中央ソケット２０を有する。チューブ２２は、パイプ１２に差し込まれ、エンドキャップ１８をパイプ１２に連結する。エンドキャップ１８の出口穴２４は、チューブ２２の内部と連通し、したがってパイプ１２の内部と連通し、パイプ１２の中に入った透過水をフィルタユニット１０から流出させることができる。チューブ２２は、エンドキャップ１８をメンブレン１６に一時的に連結する。

エンドキャップ１８は２つ以上の穴２６、２８をさらに有する。穴２６は未処理給水入口であり、穴２８はフラッシング水出口である。以下で記載する洗浄手順の間に固体粒子がケーシングから押し出されるのは穴２８を通ってである。必要に応じて、穴２６が複数あり、穴２８が複数あってもよい。

フィルタユニット１０の上端部には、さらにエンドキャップ３０がある。エンドキャップ３０は、それを通る軸線方向の穴３２を有し、この穴３２に加圧空気の供給源（図１および図２で図示せず）が取り付けられている。エンドキャップ３０とメンブレン１６との間には空間３４がある。コアパイプ１２の上端部は、プラグ３６によって閉じられている。

フィルタユニット１０を作製するために、メンブレン１６は、それに取り付けられた２つのエンドキャップ１８、３０を有し、その複合構造体が回転可能なマンドレル（図示せず）に取り付けられる。マンドレルは、軸線方向に互いに離隔された同軸の２つのシャフトを備えているが、これらシャフトは穴２４および穴３２に挿入され、それによってエンドキャップ１８、２０およびメンブレン１６が回転可能に取り付けられる。

エンドキャップ３０は、スリーブ３８を有し、このスリーブ３８の中にメンブレン１６の端部が取り付けられ、それによってキャップ３０とメンブレン１６との間の必要な一時的な連結が可能とされる。マンドレルは回転させられ、ケーシング４０が、樹脂被覆されたガラスまたは他の繊維ストランドをメンブレン１６およびエンドキャップ１８、３０に巻き付けることによって作られる。ケーシング４０は、メンブレン１６をエンドキャップ１８、３０に結合し、それによって一体化されたユニットを形成する。このユニットは、メンブレン１６の外面とケーシング４０の内面との間に空間を有さない。

次に図３〜図１０を参照する。図示されたフィルタ装置はベースフレーム４２を備え、このベースフレーム４２上にこの装置のすべての残りの部品が取り付けられている。

上記の形態の４つのフィルタユニット１０．１、１０．２、１０．３および１０．４が、フレーム４２上に取り付けられている。パイプ４４は、４つのフィルタユニットの入口穴３２に連結されている。各パイプ４４は弁４６に通じ、この弁４６は空気の供給源４８からの流れを制御する（図１０参照）。

処理されるべき水は、入口５０を通って流入し、弁５２を通ってパイプ５４に流れ、このパイプ５４は、ポンプ５６の負圧側に連結する。ポンプの正圧側は、マニホールド５８に連結されている。フラッシング水用の第２の入口６０があり、弁６２が入口６０とパイプ５４との間に設けられている。

マニホールド５８は、４つの分岐パイプ６４によってユニット１０．１、１０．２等の穴２６に連結されている。したがって、未処理水は、メンブレン１６の固体捕捉通路内に流入する。各穴２４は、出口パイプ６６に連結され、パイプ６６は、透過水出口マニホールド６８に通じる。各エンドキャップ１８の他の穴２８はパイプ７０に連結され、パイプ７０はマニホールド７２に通じる。パイプ７０には弁７４、パイプ６６には弁７６、パイプ６４には弁７８がある。

パイプ８０はマニホールド５８を分岐パイプ８２に連結し、これら分岐パイプ８２は、ユニット１０．１、１０．２等の上端部で入口穴３２に通じる。分岐パイプ８２の中には常閉型の弁８４がある。パイプ８２は、穴３２がフラッシングのために４８で示す空気の供給源および清浄な水の供給源６０に同時に連結されることができるように、パイプ４４と結合している。

通常作動中には、固体粒子をその中に有する未処理水は、ポンプ５６によってマニホールド５８内に、次いでパイプ６４内、そして穴２６を通ってメンブレン１６内に送り込まれる。メンブレン１６に流入する水は、リーフ１４を通過し、パイプ１２、チューブ２２および穴２４を通って流出する。穴２４から、水は、パイプ６６に、そこから弁７６を通ってマニホールド６８に流れる。

ユニット１０．１、１０．２等の上端部は、空気の供給源４８に恒久的に連結され、それによって各ユニット１０．１、１０．２等の中で圧力を大気圧より高く保持する。穴２６で未処理給水の圧力は、水の上方に空気の空間を残しながら水がケーシング４０を実質的に頂部まで満たせるような空気圧と釣り合うのに十分な大きさである。

フィルタユニットが目詰まりしたときは、弁５２が閉じられ、弁６２が開かれる。同時に、弁７４および弁８４が開かれ、弁７６および弁７８が閉じられる。弁７４および弁８４は通常作動中閉じられ、弁７６および弁７８は通常開いている。フラッシング水は、ポンプ５６からマニホールド５８、次いでパイプ８０に流れる。パイプ８０から、フラッシング水は、入ってきた空気とともにパイプ８２を通って穴３２に流れ、この空気は、メンブレンの下端部から水圧を取り除くために弁７８が閉じられると、ユニットを通って流れ始めることができる。

空気およびフラッシング水は、メンブレンの固体捕捉通路を通り、穴２８を通って外へ、そしてパイプ７０に、次でマニホールド７２に流れ、それと共にろ過された粒子を運ぶ。

加圧空気は、各フィルタユニットの上端部に常に供給される。フラッシングの間、空気圧は一定の値に保持されることができ、または脈動を生ずるようにしてもよい。

本発明によるフィルタユニットの断面図である。 図１のフィルタユニットの分解図である。 フィルタ装置の一方の側からの斜視図である。 フィルタ装置の他方の側から斜視図である。 フィルタ装置の一方の側面図である。 フィルタ装置の他方の側面図である。 フィルタ装置の上面図である。 フィルタ装置の一方の端面図である。 フィルタ装置の他方の端面図である。 フィルタ装置の回路図である。

Claims (4)

1. 透過性パイプと、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフとを備えるメンブレンを含む直立型フィルタユニットを操作する方法であって、
   前記フィルタユニットの下端部に未処理給水を供給するステップと、
   前記フィルタユニットの下端部から透過水を抽出するステップと、
   加圧気体の供給源への恒久的な結合を用いて前記フィルタユニットの上端部内で大気圧以上の圧力を保持するステップと
   を含む、方法。
2. 前記メンブレンを洗浄するために、
   未処理給水の流れを終了させるステップと、
   前記フィルタユニットの下端部と連通する排水流出管路を開くステップと、
   水、気体および固体粒子が前記フィルタユニットから前記排水流出管路を通って流れるように前記フィルタユニットの上端部への前記気体の供給源を保持しながら前記フィルタユニットの上端部へのフラッシング水の流れを生じさせるステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. フラッシングの間、前記気体の供給源の圧力が脈動する、請求項２に記載の方法。
4. フィルタユニットを備える装置であって、
   前記フィルタユニットが、
   垂直の透過性パイプと、水が前記透過性パイプに到達するために通る透過性リーフとを備えるメンブレンと、
   前記フィルタユニットの下端部にある未処理給水用の入口と、
   前記フィルタユニットの下端部にある透過水用の出口と、
   未処理給水の供給源を閉じるための弁手段と、
   前記フィルタユニットの上端部にある入口と、
   前記フィルタユニットが混入した固体と液体を分離する働きをする間、前記フィルタユニットの上端部にある前記入口に恒久的に連結される加圧気体の供給源と、
   前記フィルタユニットの上端部にある前記入口に通じるフラッシング水送りパイプと、
   前記フラッシング水送りパイプを通常閉じるための弁手段であり、洗浄が行われるべきときに前記フラッシング水送りパイプを加圧フラッシング水の供給源に連結するために開かれる前記弁手段と、
   フラッシング水および固体粒子が前記フィルタユニットから通って出て行く、前記フィルタユニットの下端部にある排水出口と
   を含む、装置。

Images