JP2016112520A

JP2016112520A - 多層構造フィルターとそれを用いた濾過装置

Info

Publication number: JP2016112520A
Application number: JP2014254252A
Authority: JP
Inventors: 裕一中村; Yuichi Nakamura
Original assignee: Roki Techno Co Ltd
Current assignee: Roki Techno Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】多層構造のフィルターにおいて、初期段階から上流側の層部材が目詰まりを起こさないようにする必要がある。【解決手段】外層と、その外層の内側に配置される少なくとも一以上の濾過層と、を備え、前記外層の外側から前記一以上の濾過層に向けて液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過するフィルターであって、前記外層は、第一の多孔部材と、第二の多孔部材とを備え、前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とを重ねた状態で前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルターによって解決する。【選択図】図２

Description

この発明は、高い固形分比率を有する液体を通液させ、液中に含まれる粗大粒子及び、凝集物を濾過するためのフィルターに関する。

たとえば、概略１０重量パーセント以上，流体の粘度は５００センチポアズ以上となるような高固形分濃度粒子含有流体を使用する製品では、粗大粒子や二次凝集物が存在すると、製品品質が低下する為、粗大粒子や凝集物の除去を目的に分級濾過が必要となる。一般的に流体を濾過するフィルターでは、濾過する流体に含まれる粗大粒子や凝集物を効率的に除去するため、フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさは、濾過する流体において、除去すべき粗大粒子や凝集物の粒子径と、除去せずに必要となる粒子の粒子径とによって決定される。フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさが、流体に含まれる粗大粒子や凝集物の平均粒径に対し大きすぎると粗大粒子や凝集物の除去ができない。一方、フィルターを構成する部材の孔の平均的な大きさが、流体に含まれる粒子の粒子径に対して小さすぎれば、フィルターで初期に除去した粗大粒子や凝集物が、濾過する流体のその後の流れを阻害して濾過ができない。

また、濾過する流体には平均粒子径が異なる複数の粗大粒子や凝集物、および必要粒子が含まれている。それらの粗大粒子や凝集物を効率的に除去するには、複数の種類の層部材を使用した多層構造のフィルターが用いられる。

図１に、多層構造のフィルターの代表例として、２層の層部材からなるフィルター１を用いた濾過装置２０を示す。濾過装置２０内には、多層構造のフィルター１が配置される。フィルター１は内層２と、その外側に、異なる構造の外層３とを備える。主に、内層２は濾過層として機能し、外層は整流層として機能する。流体の濾過装置２０は濾過すべき流体が流れる上流管路２１と、濾過後の流体を流す下流管路２２と、を具備する。上流管路２１から下流管路２２までの流体は、矢印で示されるように、代表的には、フィルター１の外側の空間からフィルター１の中心に向かってフィルター内を流れ、濾過された流体はフィルターの中心の空間から下流管路２２へと排出される。このような多層構造のフィルター１では、一般に、孔径の小さい層部材を濾過層として内側に配置し、比較的孔径の大きい層部材を整流層として外側に配置して、粗大な粒子や凝集物から小さい粒子や凝集物まで、順番に除去する。例えば、図１のフィルター１では、内層２の孔径は、外層３の孔径よりも小さく設定される。

一般的なフィルターでは、高い固形分比率を有する液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過する目的で使用する場合、流体に含まれる粗大粒子や凝集物の粒子径と必要な粒子の粒子径とによって孔を決定する際に、フィルターの上流側の孔で粗大粒子や凝集物が除去されるようなフィルターの構造をとると、通液初期の段階で上流側に位置する層部材で急激な目詰まりが起きて、フィルター全体として、十分に濾過機能しない場合がある。そのため、外層では、下流における流れを阻害しないように、目詰まりを起こさないための整流作用を促すように構成する必要がある。

そこで、外層と、その外層の内側に配置される少なくとも一以上の濾過層と、を備え、前記外層の外側から前記一以上の濾過層に向けて液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過するフィルターであって、前記外層は、第一の多孔部材と、第二の多孔部材とを備え、前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とを重ねた状態で前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルターによって解決する。

これにより、通液初期段階から整流層において、急激な目詰まりを起こさない多層構造のフィルターを提供することができる。

多層構造フィルターを用いた濾過装置を示している。本発明の多層構造のフィルターを示している。本発明の多層構造フィルターの外層を示している。本発明の多層構造のフィルターの別の実施の態様を示している。

以下、図１から図４を参照して、本発明のフィルターと濾過装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態におけるフィルター１を示している。フィルター１は、内層たる濾過層２と、外層たる整流層３とを備える。ここで、濾過層２が整流効果を全く持たないということではない。また、整流層３も、濾過機能を全く持たないということではない。主に、濾過層２では濾過の効果を持つように設定し、整流層３は整流効果を持つように設定された層という意味である。また、濾過層２は、少なくとも一以上の層部材からなる。濾過層２としては、たとえば、不織布等の濾過層部材からなる。濾過層２は、単一の濾過層部材によって構成されてもよいし、平均孔径が異なる同一種類の複数の濾過層部材、または異なる種類の複数の濾過層部材など、複数の濾過層部材によって構成してもよい。整流層３は、一以上の多孔部材を重ねて、濾過層２の外側に配置される。

図３は、整流層３の詳細を示した図である。図３は、図２のＡ部を矢印の方向から見た図である。整流層３は、複数の多孔部材からできている。たとえば、図３に示すように、整流層３を第一の多孔部材１１と第二の多孔部材１２とを重ねて構成した組合せ層５として構成することができる。

組合せ層５において、第一の多孔部材１１と第二の多孔部材１２は、一般に、異なる種類の部材とすることができる。異なる種類の部材とは、材料が同一であっても、平均孔径が異なる部材や、材質が異なる部材など、さまざまな組み合わせが考えられる。第一の多孔部材１１と第二の多孔部材１２のうち、第一の多孔部材１１は、第二の多孔部材１２よりもフィルターの内側に巻かれる。また、第一の多孔部材１１の孔の大きさは、第二の多孔部材１２の孔の大きさより大きい方が好ましい。

上記の説明では、整流層３は、２枚の異なる多孔部材が重ねられた状態で構成された一の組合せ層５が濾過層２の周りに巻きつけられている実施の形態で説明した。しかし、２枚の異なる多孔部材が重ねられた状態で構成された組合せ層に、さらに複数の組合せ層を重ねて濾過層２の周りに巻きつけられていてもよい。すなわち、さらに、別に用意される「一の多孔部材」と、その「一の多孔部材」より内側に配置され、その「一の多孔部材」とは別に用意される「他の多孔部材」とが重ねられた一以上の組合せ層６，７をさらに製作する。その一以上の組み合せ層６、７を、第二の多孔部材１２よりも内側に配置される第一の多孔部材１１を重ねて構成した組み合せ層６、７に、さらに重ねて濾過層２の周りに巻きつける。

すなわち、図４に示すように、上記の「一の多孔部材」として、第三の多孔部材１３、上記の「他の多孔部材」として、第四の多孔部材１４を準備する。第三の多孔部材１３は、第四の多孔部材１４よりも内側に配置して、組合せ層６を作る。このとき、第三の多孔部材１３の孔の大きさは、第四の多孔部材１４の孔よりも大きい方が好ましい。これを組合せ層５に重ねて、濾過層２の周りに巻きつけて、整流層３を形成させることも可能となる。また、さらに、第五の多孔部材１５と第六の多孔部材１６とを準備し、第五の多孔部材１５は、第六の多孔部材１６よりも内側に配置して、組合せ層７を作る。このとき、第五の多孔部材１５の孔の大きさは、第六の多孔部材１６の孔よりも大きい方が好ましい。これを組合せ層５および組合せ層６に重ねて、組合せ層５から組合せ層７を整流層３として濾過層２の周りに巻きつけることも可能となる。このように、２枚の多孔部材で一組の組合せ層を形成させ、それを複数組み合わせた複数の組み合せ層として整流層３を構成してもよい。

また、図３に示したように、第一多孔部材１１と第二多孔部材１２とは、互いに角度をもった二方向に形成される繊維軸の間に孔が形成される。すなわち、第一多孔部材１１が、第一方向に沿った繊維軸と、その第一方向に対して角度をもった方向である第二の方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。また、第二の多孔部材１２は、第三方向に沿った繊維軸と、その第三方向に対して角度をもった方向である第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。第一の多孔部材１１と、前記第二の多孔部材１２とは、整流層３を形成する際に、重ねられた状態において、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とのうち、少なくとも一つは合致していないことが好ましい。たとえば、第一多孔部材１１の第一方向と第二の方向は直交する関係にあり、孔は長方形とすることができる。一方、第二多孔部材１２の第三方向と第四方向とは直交せず、孔は平行四辺形または菱形とすることができる。このとき、第一多孔部材１１の第一方向と第二多孔部材１２の第三方向とを合致させることができる。この場合には、第二方向と第四方向とは合致しない。図３のように、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とのすべてが合致しないようにすることもできる。

第一の多孔部材１１は、第二の多孔部材１２に対して、スペーサーとしての役割としてもよい。そのため、第一多孔部材１１と第二多孔部材１２との厚さを違えることができる。その厚さの設定は、流体ごとに設定をすることができる。

仮に、整流層３を単一のフィルター部材（たとえば、第一の多孔部材１１）として、これを内側部材に巻きつけて構成させると、濾過層２の中心角に対して３６０度以上巻きついて、整流層３を構成するその単一フィルター部材が重なると、重なった外側の部分はフィルターの中心からの距離が遠くなる。そのため、隣り合う層において孔の位置ずれが生じる。その位置ずれにより、整流層３において厚さ方向において孔が形成する流体を通過させる実効的な流路断面積が小さくなる。その結果、必要な粒子も整流層３において捕捉されることになる。整流層３で捕捉された必要な粒子は、孔を塞いで濾過層２への流れを阻害する。しかし、本発明のように、整流層３を少なくとも２層の多孔部材で構成させれば、隣り合う層において孔の大きさが異なるように設定できる、隣り合う層において孔の形状を変えることができる、隣り合う層の厚さを変えることによりフィルターの周方向への流れを喚起することができる、等の効果から、実効的な孔の流路断面積が減少することを防止することができる。

ここで、本発明の効果について比較例との試験結果を示して説明する。比較例として、５０マイクロメートル以上の粒子を流体中から９０パーセント以上除去する性能を有する濾過層を持ち、整流層を有していないフィルターを準備した。これに対し、実施例として、これと同じ濾過層部材の外周に、整流層として、多孔部材Ａと多孔部材Ｂを重ねた状態で、濾過層の外周に巻き付けたフィルターを準備した。

多孔部材Ａは、ある方向（第一方向）に沿った繊維軸と、その方向（第一方向）に対して角度をもった方向の第二方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。また、多孔部材Ｂは、ある方向（第三方向）に沿った繊維軸と、その方向（第三方向）に対して角度をもった方向の第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成している。そして、整流層として、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とが、いずれも合致しないように、多孔部材Ａと多孔部材Ｂと重ね、これを濾過層の外周に巻き付けて形成した。

ここで、比較例のフィルターと、本発明の実施例のフィルターと、のそれぞれについて、粒子濃度が６０重量パーセントである試験流体を、外層の側を上流として流して圧力損失を測定した。その結果、表１のように、整流層を持たない比較例では、通液に必要な背圧が１００キロパスカル以上にまで上昇したが、本発明のフィルターでは通液に必要な背圧が４０キロパスカルにまで減少した。

１フィルター
２濾過層（内層）
３整流層（外層）
１１第一の多孔部材
１２第二の多孔部材

Claims

外層と、その外層の内側に配置される少なくとも一以上の濾過層と、を備え、前記外層の外側から前記一以上の濾過層に向けて液体を通液させ、粗大粒子や凝集物を濾過するフィルターであって、
前記外層は、第一の多孔部材と、第二の多孔部材とを備え、前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とを重ねた状態で前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルター。
請求項１に記載のフィルターであって、
前記第一の多孔部材は第一方向に沿った繊維軸と第一方向に対して角度をもった方向の第二方向に沿った繊維軸との間に孔を形成しており、
前記第二の多孔部材は第三方向に沿った繊維軸と第三方向に対して角度をもった方向の第四方向に沿った繊維軸との間に孔を形成しており、
前記第一の多孔部材と前記第二の多孔部材とが前記重ねられた状態において、第一方向と第二方向と第三方向と第四方向とは合致していないフィルター。
請求項１または２に記載のフィルターであって、
前記濾過層は、前記重ねた状態に、一の多孔部材と、前記一の多孔部材より内側に配置され、前記一の多孔部材よりも孔が大きい他の多孔部材とが重ねられた一以上の組み合せ層とがさらに重ねられた状態で、前記少なくとも一以上の濾過層の周りに巻きつけられているフィルター。